​黯淡星光中的秘密

对于粒子物理学家和宇宙学家们来说，天空中最黯淡的星系中反而有可能隐藏着宇宙中最深刻的秘密。最近，很多人的目光都集中在一个名为“Reticulum Ⅱ”的矮卫星星系上，希望它可以帮助人类揭开暗物质之谜。

相比于其他星系，矮星系中所含的恒星数量极少（普通星系的百分之一左右），因此对比其他天体，也就显得格外的暗淡和空洞，是宇宙中光度最弱的一类星系。但是当人们研究矮星系中恒星的运行轨迹，就会发现除了人类可以观测到的稀疏的恒星之外，矮星系中肯定还含有大量的人类无法观测到的成分，这就是占到了宇宙中80%质量的“暗物质”，也就是说，与普通星系不同，构成矮星系的主要成分并不是恒星，而是暗物质。

尽管从丰沛程度上来说，暗物质才算是宇宙中最常见的物质，但是对于人类来说，这种充斥宇宙的暗物质的身份至今仍然是一个谜。它们不参与强相互作用和电磁相互作用，极少参与弱相互作用，不吸收或是发射光线，人类目前只能通过引力作用来探测它们的存在，至今甚至连这种物质的组成形式（比如是否和普通物质一样是由基本粒子构成）都不清楚。

目前在对于暗物质的研究中，有一些理论模型认为暗物质是由一种被称为大质量弱相互作用粒子（WIMP）的基本粒子组成，而这种WIMP如果相互碰撞，就有可能发生相互湮灭，释放出高能量的伽马射线。宇宙中也存在着大量的例如黑洞、脉冲星等可能释放出高能量伽马射线的天体，人们很难辨清哪些伽马射线是由发生湮灭的暗物质粒子释放出来的，大部分由暗物质组成、可见物质极少、干扰极少的矮星系也就成为人们探测高能量伽马射线，从而探测暗物质、检验理论模型的最佳目标。

2015年3月，剑桥大学天体物理学研究所的科研人员宣布发现了Reticulum Ⅱ矮卫星星系，这是目前发现的距离地球最近的矮卫星星系之一，这个狭长的主要由暗物质构成的矮卫星星系长度大约为200光年，距离地球大约为9800光年，正处于被银河系的引力所撕裂的过程中。这个黯淡的星系自从被发现以来，宇宙学家们就一直希望能从中发现暗物质粒子存在的痕迹。

2015年8月17日，美国卡内基梅隆大学的研究者亚力克斯·吉林格－萨梅斯（Alex Geringer-Sameth）与同事在《物理评论快报》（PRL）杂志共同发表论文《近期发现的矮星系Reticulum Ⅱ辐射伽马射线的迹象》（Indication of Gamma-Ray Emission from the Newly Discovered Dwarf Galaxy Reticulum Ⅱ）。这篇论文的作者分析了费米伽马射线空间望远镜的探测数据，并与矮卫星星系Reticulum Ⅱ的位置进行对比。通过利用一个数学模型进行计算，几位作者在论文中得出了统计结论：宇宙中矮卫星星系Reticulum Ⅱ方向发射出了伽马射线，其强度高于宇宙空间中伽马射线背景辐射的强度。

在一般的星系中，通常并不会释放出大量的、高能量的伽马射线，因此，这个统计结果如果能够成立，极有可能是由矮卫星星系Reticulum Ⅱ中的暗物质粒子发生相互湮灭而释放出的伽马射线，那么，这也将是人类首次通过非引力现象探测到暗物质存在的证据，对于人类的宇宙学观测和暗物质探测都会是一个极大的进步，粒子物理学家们也将获得一个非常宝贵的机会，通过探测伽马射线来检验各种暗物质粒子的数学模型。

布朗大学的物理学助理教授萨瓦斯·霍斯阿帕斯（Savvas Koushiappas）对这个结果感到振奋。他说：“在暗物质探测领域，长久以来科学家们都把接收到来自矮星系的伽马射线看作是一种极强的信号。这有可能是人类第一次接收到这种信号。”对于暗物质探测来说，利用引力作用进行探测可能收获的信息极为有限，因此，如果人类确实可以通过来自暗物质粒子湮灭产生的伽马射线对暗物质进行研究，就将会进入暗物质研究的一个新阶段。

但是并非每个人都对这个结果如此乐观和确信不疑。2015年8月10日，美国费米国家加速器实验室的科学家亚力克斯·德利伽－魏格纳（Alex Drlica-Wagner）与同事在《天体物理学快报》（The Astrophysical Journal Letters）杂志发表论文《通过暗能量巡天项目矮椭球星系与Fermi-LAT数据搜索伽马射线辐射》（Search for Gamma-Ray Emission from DES Dwarf Spheroidal Galaxy Candidates with Fermi-LAT Data）。论文分析了费米伽马射线空间望远镜6年来的探测数据，得出了与吉林格－萨梅斯相反的结论：在矮卫星星系Reticulum Ⅱ的区域并没有发现明显的伽马射线辐射。

实际上，这两篇得出了相反结论的论文，究竟是哪一篇得出了可能正确的结论，现在还很难判定。两组科学家所采用的费米伽马射线空间望远镜的数据有所区别，他们所用的数学模型也有所不同，另外，德利伽－魏格纳和他的同事们还检查了其他七个矮星系的数据，在其中并没有发现伽马射线的信号，因此得出了相反的结论（实际上其他的七个星系距离地球更远，也有可能只有Reticulum Ⅱ具有大量的暗物质）。

在Reticulum Ⅱ方向上产生的伽马射线“信号”，究竟是暗物质粒子相互湮灭所产生，还是宇宙的背景噪音，或是在矮星系与地球之间的气体所产生的，显然人们目前还无法通过不同的数学模型和统计方法得到确切的结论，想要得到更明确、清晰的信号，还需要人们对于宇宙中各种天体和星系进行持之以恒的观测。宇宙最深刻的秘密，可能就蕴含在这些星光之中。

（本文写作参考了《物理评论快报》杂志的报道） 星光科学秘密宇宙太空黯淡