費米太空望遠鏡發現仙女座星系的暗物質結構

克萊爾·薩拉維亞

美國航空航天局的費米伽馬射線太空望遠鏡在銀河系的鄰居仙女座星系中心觀測到一種信號，或許能夠證明那里有暗物質結構的存在。

伽馬射線是光線的最高能形式，由宇宙最高能量現象產生。在類似銀河系這樣的星系里，伽馬射線是很常見的現象，因為宇宙射線——以接近光速移動的粒子——與星際云和星光相互作用時，就會產生伽馬射線。

令人吃驚的是，最新的費米數據表明，仙女座伽馬射線局限在該星系中心，而不是完全展開。為了解釋這種不同尋常的分布，科學家提議，將其看作有幾個不同來源的射線，其中之一可能是暗物質，即理論模型中構成宇宙大部分的未知物質。

美國國家科學研究中心和法國圖盧茲天體物理學與行星學研究所的天體物理學家、首席科學家皮耶瑞克·馬丁說：“我們推測，暗物質會在銀河系和其他星系的最深區域聚集。所以說，發現這樣密集的信號令人非常興奮。這項發現將成為我們理解仙女座和銀河系的一個關鍵。”他們將研究成果發表在《天體物理學學報》上。

仙女座伽馬射線另外一個可能的來源是仙女座中心大量脈沖星的集中。這些旋轉的中子星的質量是太陽的2倍，位于宇宙中最密集的物體之中。一茶匙的中子星物質到了地球上就有10億噸重。脈沖星大多數的能量都是通過伽馬射線發射的。因為仙女座距離我們為250萬光年，要想找到個體脈沖星是很難的。要想探測伽馬射線是否來自這些物體，科學家需要把他們對銀河系脈沖星的認識運用于仙女座星系的新X射線與射電觀察。

既然費米太空望遠鏡已經在仙女座和銀河系探測到類似的伽馬射線，科學家就能利用這個信息解開兩個星系內的謎團。例如，仙女座中形成多數恒星的大盤放射的射線沒有多少，表明在那里漫游的射線更少。因為人們通常認為宇宙射線與恒星的形成有關，仙女座外部沒有伽馬射線就表明該星系產生宇宙射線的方式不同，或者射線已更快地逃逸出該星系。通過研究仙女座，科學家能夠更好地理解宇宙射線的生命周期及其與恒星形成的關系。位于中國昆明的中國科學院云南天文臺天體物理學家侯賢說：“我們不完全理解宇宙射線在星系中所起的作用，也不完全理解這些射線如何穿越星系。仙女座讓我們看到與銀河系不同的條件下宇宙射線的行為。”

在銀河系和仙女座類似的發現意味著在觀察困難的情況下，科學家可以視這兩個星系互為對方的模型。費米太空望遠鏡對銀河系中心的觀察雖然更敏感、更詳細，但是它的局部視線被來自銀河系圓盤的射線遮蓋。目前，銀河系中的望遠鏡還不可能做到從系外的一個有利角度去觀察仙女座。

位于馬里蘭州的美國航空航天局戈達德空間飛行中心的科學家里賈納·卡普托說：“我們的星系與仙女座極為相似。我們應該更多地研究仙女座，因為這樣就可以更多地了解我們的星系及其形成。這就像生活在一個沒有鏡子的世界而你又有一個雙胞胎兄弟姐妹，不用鏡子就能看到實體。”

雖然仍需更多的觀察才能夠確定這些過量的伽馬射線源，但是這個發現可以成為一個令人興奮的起點，讓我們進一步了解這兩個星系，也許還能了解暗物質難以捉摸的性質。

卡普托表示：“對于伽馬射線我們仍有很多東西需要了解。隨著獲得更多信息，我們就能將其運用于我們自己星系的模型之中。”