最近，專門研究高能光譜中天體物理信號的空間飛行任務揭示了一系列理論模型無法預測的神秘過度現(xiàn)象。 為了找到對這些異?，F(xiàn)象的解釋，人們提出了許多解決辦法。最令人激動的假說引用了難以捉摸的暗物質(zhì)，這種神秘的物質(zhì)形式比普通物質(zhì)豐富4倍，我們至今只探測到它的引力效應。

INFN都靈分部研究員Mattia di Mauro最近進行的兩項理論研究，其中一項發(fā)表在《物理評論》上，證實了這一解釋與測得的過量物質(zhì)是相容的，進一步證明了它不會被理論和觀測數(shù)據(jù)之間的潛在差異所推翻。

所獲得的結果是基于一項創(chuàng)新和精細的分析，將美國宇航局費米號上的主要儀器--費米大面積望遠鏡(LAT)在過去11年中獲得的數(shù)據(jù)與軌道上的帕梅拉探測器和國際空間站上的阿爾法磁譜儀實驗(AMS-02)記錄的其他天文異常的測量數(shù)據(jù)進行比較。帕梅拉和阿爾法磁譜儀是由國際合作管理的，法國國家天文臺在其中發(fā)揮了決定性作用。

從2009年開始，費米測量顯示來自銀河系中心的能量等于或大于1 GeV(2000倍電子質(zhì)量)的光子過剩，天體物理學界試圖用幾種方法解釋這些觀測結果，包括銀河系中心附近可能存在數(shù)千顆弱脈沖星，以及暗物質(zhì)提供的潛在伽馬射線貢獻。這些分析具有很大的不確定性，因為它們參考的是所謂天體物理伽馬射線背景的模型，這些模型是由宇宙射線或已知源產(chǎn)生的，雖然能夠包含一定的變異性，但卻有很大的誤差。

為了更精確地描述伽馬射線過剩的特性，并評估它是否真的與暗物質(zhì)兼容，新的研究依靠LAT去年收集的最廣泛的一組數(shù)據(jù)，并使用了一種分析技術，通過采用多種模型，將天體物理背景的不確定性降到最低。

所使用的分析方法已經(jīng)提供了關于過剩伽馬輻射空間分布非常相關的信息，這可以解釋是什么產(chǎn)生了銀河系中心的過剩高能光子。例如，如果過剩的伽馬射線是由宇宙射線和原子之間的相互作用引起的，我們就會觀察到它在低能量處的空間分布較大，而在高能量處由于宇宙粒子的傳播而擴散較少。而最新的研究則強調(diào)了過量的空間分布如何不隨能量的變化而變化。這方面以前從未觀察到，可以用暗物質(zhì)存在來解釋。因為研究人員認為組成暗物質(zhì)光環(huán)的粒子應該具有相似的能量。分析清楚地表明，過量的伽馬射線集中在銀河系中心，如果暗物質(zhì)實際上是一種新的粒子，那么這正是我們期望在銀河系中心發(fā)現(xiàn)的。

第二項研究將發(fā)表在同一期刊上，利用一個更大的模型的預測來檢驗暗物質(zhì)假說的有效性，該模型描述了宇宙中這種難以捉摸的成分的可能粒子相互作用。一個理論模型證明了暗物質(zhì)粒子的存在如何沒有被天體物理背景中記錄的其他異常現(xiàn)象所否定。這些包括帕梅拉和AMS-02測量到的過量正電子，如果歸因于暗物質(zhì)的過剩，以及沒有檢測到來自靠近我們的矮星系的高能光子，它們的恒星運動意味著高濃度暗物質(zhì)的存在。

從這第二項研究中開發(fā)的物理模型出發(fā)，在考慮了暗物質(zhì)粒子相互作用和湮滅的不同結果，即在產(chǎn)生高能光子之前的備選方案之后，研究人員驗證了這些可能性中哪一種最符合銀河系中心過剩的伽馬射線，同時還考慮了正電子的過剩和未從矮星系中探測到伽馬射線。這種比較使得能夠推導出暗物質(zhì)的準確屬性，這些屬性與星系中心過剩和其他粒子數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的上限相一致。

關鍵詞： 暗物質(zhì) 伽馬射線