银河系中央神秘伽马射线或与脉冲星、而非暗物质有关

航天 · 2017-5-5 11:05:05

北京时间5月5日消息，据国外媒体报道，科学家指出，银河系中央的伽马射线爆发最可能是脉冲星的产物。脉冲星体积比太阳大30倍，是坍缩后的远古恒星残留的密度极高、快速旋转的内核部分。　　研究人员利用NASA费米伽马射线太空望远镜开展了此次观测。　　此前科学家曾猜测，这一信号或为暗物质存在的迹象。但此次新发现对这一理论提出了调整。暗物质是物质的一种形态，占宇宙中全部物质的85%，但目前还未被探测到。　　这支研究团队由世界各地的天体物理学家组成，包括斯坦福大学SLAF国家加速器实验室的研究人员在内。他们借助NASA费米广域望远镜（LAT）搜寻伽马射线的痕迹。伽马射线是光的形态中能量最强的一种。　　最终研究人员得出结论，认为这些伽马射线来自脉冲星，而非相撞的暗物质。

科学家指出，银河系中央的伽马射线爆发最可能是脉冲星的产物。脉冲星体积比太阳大30倍，是坍缩后的远古恒星残留的密度极高、快速旋转的内核部分。这些脉冲星或属于双星系统、拥有一颗伴星。它们可以从伴星身上汲取能量，从而大大延长寿命。图为NASA坎德拉X射线天文台观测到的银河系中心情景。　　银河系中大部分伽马射线都源自于恒星之间由宇宙射线点亮的气体。宇宙射线由恒星爆炸时、即超新星产生的带电粒子构成。　　但伽马射线也由超新星的残留物生成，也就是恒星坍缩后形成的脉冲星，它们可释放出伽马射线。　　“研究显示，我们不需要用暗物质解释银河系中的伽马射线。”斯坦福大学与SLAC（斯坦福线性直线加速器中心）共同成立的卡弗利粒子天体物理学与宇宙学研究所（KIPAC）的米迪亚·迪莫洛博士（Dr Mattia Di Mauro）指出。“我们在银河系中央发现了许多脉冲星，使我们对银河系的起源有了新的认识。”　　宇宙的大部分质量都由暗物质构成，但它们无法被直接观测到，也不会释放光线或能量。

天文学家尽己所能、试图建立银河系中央的伽马射线源模型，却发现来自该地区的伽马射线数量远超预期。有些研究人员认为，这些信号或为暗物质存在的证据。但除此之外，还有多种宇宙活动可产生伽马射线。　　研究人员之所以知道暗物质的存在，是因为它们能够使遥远星系发出的光线发生弯折，并影响星系的旋转方式，但我们仍不清楚暗物质究竟由何物构成。　　大多数研究人员认为，暗物质并非由质子、中子和电子构成，而是由我们尚未发现的粒子组成，它们几乎从不与引力之外的常规物质发生反应，因此很难探测到。　　只有当暗物质衰变、或与其它暗物质相撞并湮灭时，科学家才有可能观测到它的存在。　　“一些理论认为，上述活动会产生伽马射线。”KIPAC研究所费米团队的赛斯·迪戈尔博士（Dr Seth Digel）指出，“我们利用费米广域望远镜在宇宙中富含暗物质的区域、如银河系中央等，寻找此类辐射。”　　此前研究显示，银河系中央发出的伽马射线比科学家预料的还要多，因此有人认为，这一信号或许源自暗物质粒子。　　然而，其它宇宙活动也会产生伽马射线。我们必须先排除其它可能性，才能证实这些伽马射线确实与暗物质有关。而这无疑是一大挑战，因为宇宙中心情况极为复杂，种种细节根本无从知晓。　　“最近由美国和荷兰研究团队开展的两项研究显示，银河系中央额外的伽马射线呈散点状分布，不像暗物质信号那么平滑。”KIPAC研究所的埃里克·查尔斯博士（Dr Eric Charles）表示，“这些研究结果说明，伽马射线的散点状分布或许是由点状射线源造成的，但我们用费米广域望远镜无法观察到这些星星点点的天体，因为伽马射线密度过高，宇宙中央太过明亮。”

银河系中央释放的伽马射线比科学家预想的要多，一些科学家认为这是暗物质粒子相撞的结果（如图左所示）。但脉冲星也能够产生伽马射线。脉冲星是一类快速旋转的中子星，带有强大磁场（如图右所示）。　　本次最新研究将此前的分析提升到了一个新高度，可以看出散点状的伽马射线信号与脉冲星的表现一致。　　“考虑到银河系中70%的点状射线源都是脉冲星，它们是最可能产生这些伽马射线的天体。”迪莫洛博士指出，“但真正使我们得出这一结论的，是脉冲星的一项独特物理特性。”　　脉冲星的光谱非常特殊，它们释放的能量会按照一种独特的规律、随着其释放的伽马射线的能量变化而变化。　　“利用脉冲星光谱的形状，我们建立了宇宙中央约1000颗脉冲星释放的光线模型，同时无需考虑暗物质的作用。”　　研究人员计划利用射电望远镜开展后续研究，以确定射线源释放的光线是否为一连串短暂脉冲。脉冲星正是得名于此。　　银河系最古老的部位为中心地区。对该区域恒星光晕的研究也揭露了一些有关其演化过程的细节，就像远古遗迹帮助考古学家了解人类历史一样。　　“独立的脉冲星寿命通常为1000万年，比银河系中央最古老的恒星寿命短得多。”查尔斯博士表示。　　“而我们至今还能观察到由这些脉冲星释放的伽马射线，说明这些脉冲星属于双星系统、还拥有一颗伴星。它们可以从伴星身上汲取能量，从而大大延长寿命。”　　此次最新研究还增添了其它数据，进一步挑战了“伽马射线来自暗物质”的观点。　　迪戈尔博士指出，如果这些信号的确与暗物质有关，我们在其它星系中央也能观测到类似信号。　　“这些信号在围绕银河系旋转的矮星系中应当格外明显。矮星系中恒星数量较少，通常没有脉冲星，但包含大量暗物质，因此不至于分崩离析。”迪戈尔博士解释道，“然而，我们在这些星系中并未观测到显著的伽马射线信号。”　　前不久，天文学家在距银河系最近的仙女座星系中观察到了强烈的伽马射线爆发现象。研究人员相信这或许也与脉冲星、而非暗物质有关。　　费米广域望远镜团队分析了银河系中央边长为40度的一大片区域（满月的直径约为0.5度）。但在最靠近中心的、边长为4度的区域中，射线源分布极为密集，因此很难将它们一一看清，整合出一条平滑的、符合暗物质规律的伽马射线分布曲线，进一步减少了暗物质假说的可能性。

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