我们都知道它的存在，但它看不见、摸不着，没有人知道它到底是什么——这就是暗物质。现在，科学家可以确定它险些填满整个宇宙，占有了宇宙物质质量的85%，但依然无法确定这种神秘的物质是由什么组成的。

一段时间以来，天体物理学家格外关注宇宙中的两股神秘信号，由于它们可能源于暗物质：银河系中央大量难以注释的伽马射线信号，以及在其他星系和星系团中观察到的X射线峰。这些信号被以为是暗物质自我湮灭并衰变所天生的粒子。然而，最近揭晓的两篇论文似乎让这种可能性下降了，但也引发了更猛烈的争论。

本文来自微信民众号：全球科学（ID：huanqiukexue），作者：克拉拉·莫斯科维茨（Clara Moskowitz），翻译：王语嫣，审校：吴非，题图来自NASA

一些科学家以为，靠近银河系中央的“暗物质晕”，正是暗物质衰变留下的痕迹。图片泉源：Christopher Dessert, Nicholas Rodd, Benjamin Safdi, Zosia Rostomian, Fermi Large Area Telescope

3.5 KeV线

2014年，天文学家在行使XMM牛顿望远镜观察英仙座星系团的放射光谱时，在能量3.5 千伏特（KeV）处看到一条明亮峰线，即所谓“X射线峰”。随后，在许多的星系和星系团（包罗我们的近邻仙女座星系）中都观察到这样的信号。这个发现在那时异常振奋人心，由于一种暗物质候选粒子——惰性中微子——可以衰变为可见物质，并释放出和观察效果一致的辐射。

最近，密歇根大学的本杰明·萨弗蒂（Benjamin Safdi）与同事剖析了XMM牛顿望远镜观察到的大量数据后，决议通过这种方式在银河系中寻找X射线峰。若是该辐射泉源的确是暗物质衰变，那么在银河系的暗物质晕中，也应该能探测到这样的信号。

他们观察了银河系较为空旷的天区，寻找3.5 KeV 处的X射线峰。在近期的《科学》杂志上，他们宣布了研究功效。经由约莫一年的观察和曝光，“遗憾的是，我们什么都没看到，”萨弗蒂说，“凭据我们的效果，‘3.5KeV X光辐射源于暗物质’这一假说建立的可能性大幅下降了。”

了案了吗？也并不是。许多天文学家对这项研究接纳的方式提出了质疑，他们以为X射线峰照样很可能在银河系中存在，并依旧可以看做是暗物质存在的强力证据。“我对这篇论文的手艺部分持保留态度，”迈阿密大学的尼科·卡佩卢蒂（Nico Cappelluti）说，“他们接纳的手艺并不尺度，以是我以为由此得出的结论有些轻率。”另一位物理学家，荷兰莱顿大学的阿列克谢·博亚尔斯基（Alexey Boyarsky）态度加倍直接：“我熟悉的大部分专家都以为这篇论文的主要结论是错的，我看不出来他们若何从数据中获得这条不存在的结论。”

博亚尔斯基和团队也使用了XMM-Newton的数据来征采银河系的X射线峰，并在2018年12月揭晓了一篇预印本文章，宣称在银河系中探测到了X射线峰，且效果具有显著的统计学意义。博亚尔斯基以为，造成结论差别的原因是萨弗蒂团队剖析的能量局限太窄，因此无法准确地从需要探测的“X射线峰”数据中去除宇宙靠山辐射。

萨弗蒂则坚称他的方式只管此前没有在X射线天文学中应用过，但在粒子物理领域，好比在大型强子对撞机中所举行的寻找暗物质的实验中，已经证明晰该方式的有效性。萨弗蒂说：“我们的看法是，我们使用的数据剖析方式加倍稳健，它不会让你先入为主地以为自己看到了一些现实上不存在的器械。”对于博亚尔斯基团队的效果，萨弗蒂说：“我的预测是，他们获得的效果只是统计颠簸或是系统误差。”

然而，照样有许多科学家以为X射线信号是我们领会暗物质的一种异常可行的方式。“我以为，对于3.5 KeV线，我们需要新手艺的辅助才气获得有意义的结论。”马克斯·普朗克地外物理研究所的埃斯拉·布尔布利（Esra Bulbul）说。2014年，正是她和同事首次探测到了3.5 KeV线。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）主导的XRISM项目将于2022年发射，届时我们应该能知道这条谱线是否存在并相符暗物质的特点。“在那之前，我不会下结论否认这条谱线起源于暗物质的可能性。”布尔布利说。

暗物质湮灭

银河系中另一个有可能指向暗物质的信号，是银河系中央泉源不明的伽马射线——一些天文学家以为这些射线源自暗物质的湮灭。在这个假说中，暗物质可以同时是物质及反物质。这样，当两个暗物质粒子相遇时，它们就会相互湮灭，并在此过程中形成伽马射线。

2009年，费米伽马射线太空望远镜首次发现了该信号，从那时起，科学家就对其起源争论不休。只管这些伽马射线信号可以用暗物质模子来注释，但另有一种加倍清淡的注释：它们可能只是由银河系中央旋转的中子星（也就是脉冲星）发出的。

韩国天文和空间研究所的莱恩·E·基利（Ryan E. Keeley）和科维理宇宙物理学与数学研究所的奥斯卡·马西亚斯（Oscar Macias）在一项新研究中，剖析了银河系中央伽马射线的空间漫衍和能量。研究人员发现，相比于暗物质的注释，这些射线更相符银河系中央恒星、气体及星系射线的漫衍。“这样一来，问题来了：留给暗物质的可能性另有若干？”加州大学尔湾分校的克沃尔科·阿巴扎吉安（Kevork Abazajian）说，他也是本篇论文作者之一。这篇论文已被提交至Physical Review D，并揭晓到了预印本网站。凭据这篇论文的结论，伽马射线来自于暗物质的可能性不大。“我们现在对暗物质湮灭持保留的态度。”

但同样，对于这个结论，科学家还无法盖棺定论。麻省理工学院的物理学家特蕾西·斯拉蒂耶（Tracey Slatyer）说：“这项剖析的思绪很棒，但它取决于我们现在对银河系靠山辐射的模子是否足够准确。我忧郁的是，若是模子不够准确，这个结论也无法得出。”

最近几年，一些研究发现银河系中央那些过量的伽马射线很可能是由单独的“点光源”——好比脉冲星——发出来的。若是这些射线起源于暗物质，那我们应该能观察到均匀漫衍的辐射，这与现实观察效果不一致。然而斯拉蒂耶和她的同事丽贝卡·利恩（Rebecca Leane）发现，一种系统误差会导致效果偏向于脉冲星，而现实上脉冲星的可能性并不比暗物质更大。斯拉蒂耶说：“这不意味着点光源就一定是错的，或是那些伽马射线一定源自暗物质。但对于那些以为伽马射线来自点光源的研究，我们得小心看待。”

存在危急

最终，关于暗物质的争论依旧存在。新研究说明晰这些神秘信号可能并不是如我们所想的来自于暗物质，这是否意味着暗物质可能基本不存在？“不是，”阿巴扎吉安说，“暗物质粒子的理论与我们观察到的现象是云云契合，从亚星系尺度到整个宇宙的边缘。毫无疑问，暗物质是存在的。”

只管绝大多数科学家对于暗物质存在的坚信无法摇动，但他们找到暗物质的希望又削减的一分。不仅是现有的天体物理学的证据难于捉摸，直接通过实验来捕捉暗物质粒子的实验也未能取得希望。大型强子对撞机（LHC）中的研究，现在为止还没有功效。“我们在实验室里看不到，在LHC里看不到，在太空中也看不到（暗物质粒子），”阿巴扎吉安感叹道，“粒子物理学好像泛起了一种存在性危急。”

而科学家捕捉暗物质粒子的失败，使得暗物质的真实“身份”加倍迷雾重重。之前最热门的候选者，大质量弱相互作用粒子（WIMPs），由于在实验中没有泛起——或者由于阿巴扎吉安论文中的计算效果，可能性下降了。“之前人们以是为的许多暗物质候选者被排除了，”萨弗蒂说。“许多人以为WIMPs险些一定存在。某种程度上讲，这的确是一段艰难的时期。但换个角度想，这也是异常令人激动的。由于现在我们都在群策群力，回到最基础的地方，来探讨暗物质到底可能是什么。”

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/milky-way-dark-matter-signals-in-doubt-after-controversial-new-papers/

本文来自微信民众号：全球科学（ID：huanqiukexue），作者：克拉拉·莫斯科维茨（Clara Moskowitz），翻译：王语嫣，审校：吴非