费米太空望远镜发现仙女座星系的暗物质结构

克莱尔·萨拉维亚

美国航空航天局的费米伽马射线太空望遠镜在银河系的邻居仙女座星系中心观测到一种信号，或许能够证明那里有暗物质结构的存在。

伽马射线是光线的最高能形式，由宇宙最高能量现象产生。在类似银河系这样的星系里，伽马射线是很常见的现象，因为宇宙射线——以接近光速移动的粒子——与星际云和星光相互作用时，就会产生伽马射线。

令人吃惊的是，最新的费米数据表明，仙女座伽马射线局限在该星系中心，而不是完全展开。为了解释这种不同寻常的分布，科学家提议，将其看作有几个不同来源的射线，其中之一可能是暗物质，即理论模型中构成宇宙大部分的未知物质。

美国国家科学研究中心和法国图卢兹天体物理学与行星学研究所的天体物理学家、首席科学家皮耶瑞克·马丁说：“我们推测，暗物质会在银河系和其他星系的最深区域聚集。所以说，发现这样密集的信号令人非常兴奋。这项发现将成为我们理解仙女座和银河系的一个关键。”他们将研究成果发表在《天体物理学学报》上。

仙女座伽马射线另外一个可能的来源是仙女座中心大量脉冲星的集中。这些旋转的中子星的质量是太阳的2倍，位于宇宙中最密集的物体之中。一茶匙的中子星物质到了地球上就有10亿吨重。脉冲星大多数的能量都是通过伽马射线发射的。因为仙女座距离我们为250万光年，要想找到个体脉冲星是很难的。要想探测伽马射线是否来自这些物体，科学家需要把他们对银河系脉冲星的认识运用于仙女座星系的新X射线与射电观察。

既然费米太空望远镜已经在仙女座和银河系探测到类似的伽马射线，科学家就能利用这个信息解开两个星系内的谜团。例如，仙女座中形成多数恒星的大盘放射的射线没有多少，表明在那里漫游的射线更少。因为人们通常认为宇宙射线与恒星的形成有关，仙女座外部没有伽马射线就表明该星系产生宇宙射线的方式不同，或者射线已更快地逃逸出该星系。通过研究仙女座，科学家能够更好地理解宇宙射线的生命周期及其与恒星形成的关系。位于中国昆明的中国科学院云南天文台天体物理学家侯贤说：“我们不完全理解宇宙射线在星系中所起的作用，也不完全理解这些射线如何穿越星系。仙女座让我们看到与银河系不同的条件下宇宙射线的行为。”

在银河系和仙女座类似的发现意味着在观察困难的情况下，科学家可以视这两个星系互为对方的模型。费米太空望远镜对银河系中心的观察虽然更敏感、更详细，但是它的局部视线被来自银河系圆盘的射线遮盖。目前，银河系中的望远镜还不可能做到从系外的一个有利角度去观察仙女座。

位于马里兰州的美国航空航天局戈达德空间飞行中心的科学家里贾纳·卡普托说：“我们的星系与仙女座极为相似。我们应该更多地研究仙女座，因为这样就可以更多地了解我们的星系及其形成。这就像生活在一个没有镜子的世界而你又有一个双胞胎兄弟姐妹，不用镜子就能看到实体。”

虽然仍需更多的观察才能够确定这些过量的伽马射线源，但是这个发现可以成为一个令人兴奋的起点，让我们进一步了解这两个星系，也许还能了解暗物质难以捉摸的性质。

卡普托表示：“对于伽马射线我们仍有很多东西需要了解。随着获得更多信息，我们就能将其运用于我们自己星系的模型之中。”