經過100年的尋找，科學家可能已經發現了暗物質

自首次提出以來，暗物質一直是天文學中最大的未知數之一。到目前為止，科學家只能通過觀察它們如何影響普通物質來間接研究它們，例如它們產生足夠引力將星系結合在一起的方式。直接檢測是不可能的，因為暗物質粒子不與電磁力相互作用，這意味著它們不吸收、反射或發射光。

WIMP 假說和預測的伽馬射線

許多研究人員認為，暗物質由弱相互作用的大質量粒子（WIMP）組成。這些粒子被認為比質子重，與普通物質的相互作用非常弱，因此極難檢測到。然而，理論表明，當兩個大質量粒子碰撞時，它們會相互湮滅並釋放出高能粒子，包括伽馬射線光子。

科學家們花了數年時間研究暗物質應該集中的區域，尤其是銀河系中心，尋找特定的伽馬射線。東京大學 Tomonori Totani 教授相信，利用費米伽馬射線太空望遠鏡的新數據，他已經確定了與暗物質粒子湮滅相關的預期伽馬射線信號。

戶谷的研究結果出現在 宇宙學與天體粒子物理學雜誌。

銀河系中心附近的 20 GeV 伽馬射線暈

“我們檢測到光子能量為 20 GeV（或 200 億電子伏，這是一個非常大的能量）的伽馬射線在暈結構中向銀河系中心延伸。伽馬射線發射成分與暗物質暈預期的形狀非常匹配，”戶谷說。

測量的伽馬射線能譜描述了發射強度如何變化，與模型對假設的質量約為質子質量 500 倍的弱相互作用大質量粒子 (WIMP) 湮滅的預測非常吻合。根據觀測到的伽馬射線強度估計的這些湮滅事件的頻率也符合預期的理論範圍。

評估重大違規的可能性

戶谷解釋說，伽馬射線模式無法輕易與其他已知來源或更常見的天體物理過程相匹配。因此，他認為這些數據是期待已久的暗物質伽馬射線發射的有力候選數據。

“據我所知，如果這是真的，這將是人類第一次看到暗物質，”戶谷說。 “事實證明，暗物質是一種新粒子，並未包含在當前粒子物理標準模型中。這標誌著天文學和物理學的重大發展。”

後續步驟和獨立驗證

儘管戶谷對自己的分析充滿信心，但他強調需要獨立確認。其他研究人員需要審查數據，以驗證暈輻射確實是由暗物質湮滅引起的，而不是另一個天體物理來源。

在其他富含暗物質的區域中發現相同的伽馬射線特徵可以得到進一步的支持。在銀河系光環內運行的矮星系尤其有希望。戶谷說：“一旦收集到更多數據，這一點就可能實現，如果是這樣，它將提供更有力的證據證明伽馬射線源自暗物質。”

資助：這項工作得到了 JSPS/MEXT KAKENHI 撥款號 18K03692 的支持。