高分辨率模擬發現：銀河系中心暗物質呈扁平盒狀結構

科技日報記者 張佳欣

德國波茨坦萊布尼茨天體物理研究所聯合以色列希伯來大學和美國約翰斯·霍普金斯大學組成的研究團隊，通過高分辨率模擬發現，銀河系中心附近的暗物質並非呈球形，而是呈扁平盒狀結構且不對稱，與銀河系古老恆星核結構高度一致，為“伽馬射線過量源於暗物質湮滅”的理論提供了有力證據。相關成果發表於最新一期《物理評論快報》雜誌。

10多年前，美國費米空間望遠鏡在觀測銀河系中心時發現，伽馬射線數量明顯超出理論預期，這種高能光子信號被稱為“伽馬射線過量”。這一現象立即引發天文學界的廣泛討論。科學家提出兩種主要解釋：一是這些射線可能來自古老的毫秒脈衝星，即每秒自轉上千次的超緻密中子星，其能釋放強烈高能輻射；二是暗物質粒子相互碰撞湮滅釋放能量產生的伽馬射線。

此前，由於暗物質分佈模型與觀測數據存在差異，這一假説一度受到質疑。此次，研究團隊利用高分辨率宇宙模擬技術，結合銀河系的歷史合併過程，重建了多種“銀河系樣星系”的形成過程。模擬顯示，銀河系中心暗物質呈扁平、盒狀結構，與古老恆星核形態一致。這一幾何特徵對解釋伽馬射線過量至關重要。

長期以來，反對暗物質假説的一個主要理由是，伽馬射線過量呈盒狀分佈，更像脈衝星產生的光信號。然而，如果暗物質本身也呈現類似結構，這一反對理由便不再成立。換言之，暗物質粒子的碰撞和湮滅完全可能成為銀河系中心伽馬射線過量的來源。

未來，正在智利建設的切倫科夫望遠鏡陣列將提供更高能量範圍的伽馬射線觀測能力，有望通過記錄高能段的“尾部”來區分暗物質與脈衝星假説。天體物理學家認為，如果觀測到伽馬射線在特定高能段出現明顯截斷，將成為暗物質湮滅存在的關鍵證據；若能量呈現類似脈衝星的漸進衰減，則意味着脈衝星仍可能是主因。但隨之而來的問題是，銀河系中心為何能誕生並保留如此多脈衝星。

這一研究若進一步得到確認，將成為暗物質存在的首個間接證據，對物理學、宇宙學乃至星系形成研究都具有深遠意義，也可能為探索標準模型以外的新物理提供方向，並有助於解答人類對宇宙組成的長期疑問。