麻省理工学院的物理学家认为银河系中的暗物质

基于Fermi Gamma-Ray Space望远镜的观测，在银河系中伽马射线排放地图。插图描绘了银河系中的过剩 - 在我们的星系中心的伽马射线排放的意外，球形区域，未知的起源。

银河系中有暗物质吗？新分析将暗物质放回游戏中，作为银河系中心的可能性过剩源。

麻省理工学院的物理学家正在统治他们以前已经扼杀的可能性，即我们的星系中心的伽玛光芒的明亮爆发可能是毕竟暗物质的结果。

多年来，物理学家以伽玛光线的形式闻名于银河系中的神秘盈能量 - 电磁谱中最能充电的波浪。这些光线通常由宇宙中最热门，最极端的物体产生，例如超新星和脉冲星。

在银河系的磁盘上发现伽玛光线，为大多数物理学家了解他们的来源。但是，银河系中的伽玛光芒有一流的伽玛光线，被称为银河系中的过剩，或GCE，具有难以为物理学家解释的属性，因为他们对银河系中的恒星和天然气的分布所了解。

什么可能产生这种过剩的主要可能性：高能，迅速旋转中子恒星的群体，或者更加诱导，更诱导浓缩的暗物质云，与自身碰撞以产生伽马射线的露出露。

2015年，一个麻省理工学院 - 普林斯顿大学队，包括物理特雷西股票和Postdocs Benjamin Safdi和Wei Xue，支持Pulsars。研究人员使用了使用“背景模型”来分析了对Fermi Gamma-Ray Space望远镜的银河系中的观察结果，即他们开发的“背景模型”来描述可以产生伽马射线的星系中的所有颗粒相互作用。他们得出结论，相当明确，即GCE最有可能是脉冲星的结果，而不是暗物质。

然而，在新的工作中，由MIT Postdoc Rebecca Lende领导，Slatyer自重新评估了这一索赔。在试图更好地了解2015年分析方法时，Slatyer和LeLe发现他们使用的模型实际上可以“欺骗”产生错误的结果。具体而言，研究人员在实际的费米观测中运行了模型，因为MIT-Princeton团队于2015年做过，但这一次他们增加了一个暗物质的额外信号。他们发现模型未能拿起这个假信号，即使它们转动信号，也仍继续采用脉冲条件在过量的核心。

今天（2019年12月11日）发表的结果在“物理审查信”期刊上，突出了2015年分析的“毫想术效”，重新打开了许多人认为是一个封闭的案件。

“我们认为我们已经消除了这是暗物质的可能性，这是令人兴奋的，”Slatyer说。“但现在有一个漏洞，我们所索赔中的系统错误。它重新打开了来自暗物质的信号的门。“

银河系中心：颗粒状还是光滑？

虽然银河系的银河系或多或少类似于空间的平板，但其中心的过量伽马光线占据了一个更球形的区域，从银河系中心的每个方向延伸约5,000个轻的岁月。

在2015年2015年的研究中，Slatyer和她的同事制定了一种方法来确定该球形区域的轮廓是光滑还是“颗粒状”。他们推理的是，如果脉冲星是伽马射线过量的源极，并且这些脉冲脉相对亮，它们发出的伽马射线应该居住在成像时，看起来颗粒状的球形区域居住，并且在脉冲星的明亮点之间具有暗间隙的球形区域。坐。

然而，如果暗物质是伽玛射线过量的源，则球形区域应该光滑：“朝着银河中心的每一张视线可能有暗物质颗粒，所以我不应该看到信号中的任何间隙或冷点，”Slatyer解释说。

她和她的团队在星系中使用了所有物质和天然气的背景模型，以及产生伽马射线的所有颗粒相互作用。他们认为GCE的球形区域的模型是一方面的颗粒状或在另一方面光滑，并设计了统计方法，以讲述它们之间的差异。然后，它们进入了由费米望远镜拍摄的球形区域的模型实际观察，并观察了这些观察更加平滑或颗粒状的轮廓。

“我们看到它是100％的颗粒状，所以我们说，'哦，黑暗的事情无法做到这一点，所以它必须是别的东西，”“斯拉塔尔召回。“我的希望是，这将是使用类似技术对银河中心地区的众多研究中的第一个。但到2018年，该方法的主要交叉检查仍然是我们在2015年完成的那些，这让我很紧张，我们可能错过了一些东西。“

种假

在2017年抵达麻省理工学院之后，莱德变得有兴趣分析伽马射线数据。Slatyer建议他们试图测试2015年使用的统计方法的稳健性，以发展更深入的了解结果。两位研究人员询问了难题：在什么情况下他们的方法会破裂？如果该方法被审讯，他们可能会对原始2015的结果充满信心。然而，如果他们发现了该方法折叠的情况，它会表明一些东西对他们的方法有所了解，也许暗物质仍然可以在伽玛射线过量的中心。

LEANE和Slatyer从2015年重复了MIT-Princeton团队的方法，而不是喂养Fermi数据模型，而不是喂养Fermi数据，而不是喂养天空的假地图，包括暗物质的信号，以及没有相关的脉冲条件伽玛射线过量。他们将此地图喂入模型，发现，尽管球形区域内有暗物质信号，但该模型得出结论，该区域最可能是颗粒状，因此由脉冲条件占主导地位。这是第一个线索，Slatyer说，他们的方法“不是万无一失”。

在迄今为止展示其结果的会议上，LeLe从同事中招待了一个问题：如果她添加了与真正观测相结合的暗物质的虚假信号，而不是假的背景图？

该团队占据了挑战，将模型与来自费米望远镜的数据一起喂养，以及暗物质的假信号。尽管有刻意的植物，但他们的统计分析再次错过了暗物质信号并返回了颗粒状的脉冲状图像。即使当它们转向暗物质信号到实际伽马射线过量的四倍时，它们的方法也未能看到它。

“到那个阶段，我很兴奋，因为我知道含义非常大 - 这意味着暗物质解释回到了桌子上，”莱德说。

她和Slatyer正在努力更好地了解他们的方法偏见，并希望将来调整这一偏见。

“如果它真的是暗物质，这将是通过引力以外的力与可见物质相互作用的第一证据，”莱德说。“暗物质的性质是目前物理学中最大的开放问题之一。将该信号识别为暗物质可能允许我们最终暴露暗物质的基本身份。无论多余的东西都在出来，我们将学习关于宇宙的新事物。“

本研究部分由美国能源部的高能物理办公室资助。

参考：Rebecca K. Leane和Tracy R. Slatyer的“银河系中心伽玛射线过量暗物质假说的复活”，2019年12月11日，《物理评论快报》。DOI：
10.1103 / PhysRevLett.123.241101