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惰性中微子,3.5keV线,银河系的新发现能为我们揭开暗物质的神秘面纱吗?

(图片: © Artistic rendering by Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, Zosia Rostomian (Berkeley Lab), 基于费米大视场望远镜的数据。)

科学家们认为暗物质在银河系中心周围产生了一个明亮的球状x射线辐射晕。虽然研究遥远星系神秘信号的科学家们并没有如他们所愿发现暗物质。但是他们用来探测这种奇怪信号发明的新技术,即利用我们自己的星系来寻找暗物质的技术,可能会提升对这种令人难以捉摸的物质的搜寻几率。

几十年来,科学家一直在寻找暗物质,一种不与光相互作用但渗透到我们整个宇宙的隐形物质。在2014年的一项研究中,来自一个附近星系的信号给科学家们带来了希望,这就是人们长期寻找的暗物质存在的证据。

目前的一些模型预测暗物质粒子会慢慢衰变为普通物质,这一过程会产生X射线望远镜能够探测到的微弱光子辐射。2014年,科学家们在暗物质搜寻过程中发现了一个星系发出的X射线辐射,而众所周知的是,暗物质聚集在星系周围。

密歇根大学的研究合著者克里斯·德塞尔告诉Space.com网站,研究人员认为这种被称为“3.5 keV线”(keV代表千电子伏特)的辐射很可能是由惰性中微子构成的,而这些中微子一直被认为是暗物质的候选者之一。

惰性中微子是一种假想粒子,是中微子的近亲,而中微子是一种质量非常接近于零的中性亚原子粒子。它们在核反应中释放,就像在地球和太阳上的核电站中一样。因为中微子中极小的质量不能用粒子物理学的标准模型来解释,一些人认为惰性中微子可以组成这个被称为暗物质的神秘聚合体。

但在这项对银河系天体的新研究中,研究人员分析了过去20年来来自XMM牛顿空间X射线望远镜的大量原始数据,发现在2014年研究中看到的这个信号并非来自暗物质。事实上,当他们用新技术寻找暗物质时,发现根本没有看到信号。但是,研究人员说,这并不排除惰性中微子是暗物质的有力候选者。

为了得出这个结论,研究人员寻找了天空中的3.5 keV线。由于我们生活在银河系的暗物质晕中,任何通过该晕进行的观测都必然包含暗物质。因此,当研究小组在数据中没有发现3.5 keV线的踪迹时,他们确定” 3.5 keV线不是由暗物质引起的,”德塞尔说。

现在,虽然3.5 keV的信号很可能是由惰性中微子引起的,但这似乎排除了这种假想粒子是暗物质的可能。但不同质量的惰性中微子仍有可能解释这种难以捉摸的物质,因为它们会发出不相的信号。

“即使你发现这一证据有足够的说服力,可以说明3.5keV线不一定存在或不一定是暗物质,也不能排除惰性中微子作为暗物质的候选者。” 麻省理工学院物理学助教克斯汀·佩雷斯没有参与这项研究,他告诉Space.com ,“仍然有很多不同质量的惰性中微子存在,它仍然可能构成宇宙中全部或部分暗物质。”

新的暗物质搜寻技术

尽管德塞尔承认研究人员没有观察到3.5 keV的电流线是相当令人失望的,但他们开发的技术可以进一步探寻这种难以捉摸的物质。

“不幸的是,这项研究确实给暗物质微观性质的最初证据泼了冷水,但它确实为寻找暗物质开辟了一条全新的途径,这可能在不久的将来会导致一项发现,”密歇根大学物理学助教本·萨夫迪在一份声明中说。

“过去人们会说,‘让我们看看天空中有大量暗物质的部分,看看我们能否在那里看到暗物质,’”佩雷斯说。但是现在有了这个团队的技术,他们利用我们在宇宙中的位置来进行他们的观测,因为“如果这个信号真的是暗物质,它应该以某种不同的强度遍布天空,因为我们生活在暗物质的光环中。”

“我认为这种搜索方式真是令人兴奋,因为整个天空都可供你使用。”佩雷斯补充说“以前我们拍的是天空的快照,樱桃污成视频人试看然后分开来看。”

通过观察银河系的暗晕来寻找这个信号有助于研究小组确定这个信号不是来自暗物质,但它确实有额外的好处。“透过银河系的暗物质光晕,你不会失去任何敏感信息。”德塞尔说。

“以前的技术基本上是你把x射线望远镜对准一个星系团,或仅仅是一个有暗物质晕的星系,然后你寻找暗物质衰减信号,它会以直线的形式出现。”德塞尔补充说,通过他们观察银河系暗物质晕的技术,他们能够得到更好的搜索结果。

“我们星系周围的暗物质晕离我们更近,这意味着我们银河系中的暗物质衰变产生的光子比我们在遥远的星系团中看到的光子要多得多。并且,我们开发的这项技术可以用于其他搜索,比如,这条3.5keV的线路。”

作者: Chelsea Gohd

FY: Nepula

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