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最近，專(zhuān)門(mén)研究高能光譜中天體物理信號(hào)的空間飛行任務(wù)揭示了一系列理論模型無(wú)法預(yù)測(cè)的神秘過(guò)度現(xiàn)象。 為了找到對(duì)這些異常現(xiàn)象的解釋?zhuān)藗兲岢隽嗽S多解決辦法。最令人激動(dòng)的假說(shuō)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(cè)到它的引力效應(yīng)。
INFN都靈分部研究員Mattia di Mauro最近進(jìn)行的兩項(xiàng)理論研究，其中一項(xiàng)發(fā)表在《物理評(píng)論》上，證實(shí)了這一解釋與測(cè)得的過(guò)量物質(zhì)是相容的，進(jìn)一步證明了它不會(huì)被理論和觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的潛在差異所推翻。
所獲得的結(jié)果是基于一項(xiàng)創(chuàng)新和精細(xì)的分析，將美國(guó)宇航局費(fèi)米號(hào)上的主要儀器--費(fèi)米大面積望遠(yuǎn)鏡（LAT）在過(guò)去11年中獲得的數(shù)據(jù)與軌道上的帕梅拉探測(cè)器和國(guó)際空間站上的阿爾法磁譜儀實(shí)驗(yàn)（AMS-02）記錄的其他天文異常的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。帕梅拉和阿爾法磁譜儀是由國(guó)際合作管理的，法國(guó)國(guó)家天文臺(tái)在其中發(fā)揮了決定性作用。
從2009年開(kāi)始，費(fèi)米測(cè)量顯示來(lái)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(guò)剩，天體物理學(xué)界試圖用幾種方法解釋這些觀測(cè)結(jié)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(xiàn)。這些分析具有很大的不確定性，因?yàn)樗鼈儏⒖嫉氖撬^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(guò)剩的特性，并評(píng)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(shù)，通過(guò)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(guān)于過(guò)剩伽馬輻射空間分布非常相關(guān)的信息，這可以解釋是什么產(chǎn)生了銀河系中心的過(guò)剩高能光子。例如，如果過(guò)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(huì)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(kuò)散較少。而最新的研究則強(qiáng)調(diào)了過(guò)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(lái)解釋。因?yàn)檠芯咳藛T認(rèn)為組成暗物質(zhì)光環(huán)的粒子應(yīng)該具有相似的能量。分析清楚地表明，過(guò)量的伽馬射線集中在銀河系中心，如果暗物質(zhì)實(shí)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(xiàng)研究將發(fā)表在同一期刊上，利用一個(gè)更大的模型的預(yù)測(cè)來(lái)檢驗(yàn)暗物質(zhì)假說(shuō)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(gè)理論模型證明了暗物質(zhì)粒子的存在如何沒(méi)有被天體物理背景中記錄的其他異?，F(xiàn)象所否定。這些包括帕梅拉和AMS-02測(cè)量到的過(guò)量正電子，如果歸因于暗物質(zhì)的過(guò)剩，以及沒(méi)有檢測(cè)到來(lái)自靠近我們的矮星系的高能光子，它們的恒星運(yùn)動(dòng)意味著高濃度暗物質(zhì)的存在。
從這第二項(xiàng)研究中開(kāi)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(jié)果，即在產(chǎn)生高能光子之前的備選方案之后，研究人員驗(yàn)證了這些可能性中哪一種最符合銀河系中心過(guò)剩的伽馬射線，同時(shí)還考慮了正電子的過(guò)剩和未從矮星系中探測(cè)到伽馬射線。這種比較使得能夠推導(dǎo)出暗物質(zhì)的準(zhǔn)確屬性，這些屬性與星系中心過(guò)剩和其他粒子數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的上限相一致。
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