科技日報(bào)記者 張夢然
距地球大約2.5億光年，乃是英仙座星系團(tuán)，宇宙內(nèi)已知的質(zhì)量最大天體之一。
天文學(xué)家把它描述成一個包裹著大量原子的氣云，每個原子可以看作一個完整的星系。超熱等離子體在此聚集，讓這個星系擁有頗多秘密——但它還從未如此挑戰(zhàn)人類的認(rèn)知——此前在對這一星系團(tuán)詳細(xì)觀測時，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了無法用迄今已知物理學(xué)解釋的奇異信號。
這到底是什么？
科學(xué)家不敢相信自己眼睛
這是一個用了很長時間才確認(rèn)的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榭茖W(xué)家起初自己也不敢相信。
2014年，哈佛大學(xué)天體物理學(xué)中心科學(xué)家伊斯拉·布爾鮑爾所在的團(tuán)隊(duì)利用錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡在英仙座星系團(tuán)發(fā)現(xiàn)一個怪異信號。其不來自于英仙座星系團(tuán)X射線光譜中的任何已知物質(zhì)類型，也無法用現(xiàn)今的物理學(xué)去解釋。
這是一條3.56keV（千電子伏）光譜線，不與任何已知原子躍遷相對應(yīng)。
據(jù)布爾鮑爾描述，這個星系團(tuán)充斥著離子，因此在X射線光譜中可以形成很多“線”，現(xiàn)在，原本不該有“線”的地方出現(xiàn)了一條“新線”，且不屬于任何已知的類型。
團(tuán)隊(duì)用了很長時間才確信這條“線”不是望遠(yuǎn)鏡誤差導(dǎo)致的“偽像”。他們一再的核實(shí)，重新分析數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)歸為不同的子群后，再與兩個不同天文臺上其他四個探測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比照。
但這條“線”依然沒有消失，它真實(shí)存在。
神秘信號與暗物質(zhì)的糾纏
在隨后的驗(yàn)證中，團(tuán)隊(duì)在其他73個星系團(tuán)的X射線中發(fā)現(xiàn)了相同的光譜特征。而歐洲的XMM-牛頓X射線望遠(yuǎn)鏡也證實(shí)了“線”的存在。荷蘭萊登大學(xué)研究小組發(fā)現(xiàn)了相同的光譜線。鑒于其不屬于任何已知物質(zhì)，科學(xué)家們懷疑它和暗物質(zhì)——這一科學(xué)界今天最大的謎團(tuán)密切相關(guān)。
團(tuán)隊(duì)將論文在線公開后不久，理論學(xué)家至少拿出了60條不同的理論以證明暗物質(zhì)可能解釋這條線。比較重要的“候選”暗物質(zhì)包括軸子、惰性中微子和模量暗物質(zhì)。
時間快進(jìn)。幾年后，由牛津大學(xué)約瑟夫·康倫領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)綜合了錢德拉望遠(yuǎn)鏡、XMM-牛頓望遠(yuǎn)鏡以及日本領(lǐng)導(dǎo)的瞳X射線望遠(yuǎn)鏡，獲取了關(guān)于暗物質(zhì)身份的進(jìn)一步線索。
瞳線望遠(yuǎn)鏡獲取的數(shù)據(jù)，混合了兩個源頭的信號：一個來自圍繞著英仙座大星系的炙熱氣體，另一個來自大星系中央食物超大質(zhì)量黑洞。錢德拉望遠(yuǎn)鏡恰好能將這兩個信號分開，于是科學(xué)家們分離出了來自兩個源頭的X射線信號。
在最新報(bào)告中，康倫團(tuán)隊(duì)觀測發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)粒子或擁有兩種能量態(tài)的原子，而3.5keV正是兩種能量態(tài)的“分界線”。在接近黑洞觀測時可能發(fā)現(xiàn)3.5keV的X射線的吸收；而對遠(yuǎn)離黑洞的炙熱氣體進(jìn)行觀測時，又會發(fā)現(xiàn)同等能量水平的X射線輻射。
這表明，暗物質(zhì)粒子會同時吸收和輻射射線。如結(jié)論正確，人們可能找到了一條確定暗物質(zhì)特性的新途徑。
雙份的秘密會同時揭開？
在新報(bào)告中，康倫團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)3.5keV射線處于一種“虧損”狀態(tài)，正是因?yàn)橛⑾勺窍祱F(tuán)中的某些物質(zhì)可以吸收這一神秘射線。
現(xiàn)在，他們認(rèn)為這個怪異信號將幫助人們在了解暗物質(zhì)之路上躍進(jìn)一大步。
報(bào)告作者之一、牛津大學(xué)尼古拉斯·詹寧斯表示：“這不是在繪制一幅簡單的畫面，而是有可能找到一種解釋，既告訴我們來自英仙座星系團(tuán)的異常信號是什么，又能告訴我們暗物質(zhì)的身份是什么?！?/p>
事情會這么順利嗎？
天文學(xué)家正在將故事的下一章書寫下去。他們已開始對英仙座星系團(tuán)以及其他類似者進(jìn)行進(jìn)一步觀測。他們需要拿到更多的確認(rèn)數(shù)據(jù)以及排除更多的可能性，譬如，排除儀器效應(yīng)造成的意外影響、排除統(tǒng)計(jì)學(xué)角度的不可能性等等。
為了達(dá)到這一目的，錢德拉望遠(yuǎn)鏡、XMM-牛頓望遠(yuǎn)鏡以及未來即將升空的X射線任務(wù)，都將以此為重，繼續(xù)注視著遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)與其中夾雜的暗物質(zhì)謎題。
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