2022年9月9日 星期五

費米泡的神秘伽馬射線可能並非來自銀河系,新發現甚或影響暗物質搜尋策略

費米伽馬射線太空望遠鏡的資料顯示銀河系平面(藍色)和上、下方的費米泡(紫色)Image©NASA Goddard Space Flight Center

費米泡費米伽馬射線太空望遠鏡在2010年所發現,向銀河系平面上、下方總延伸達5萬光年,並以每小時數百萬公里速度擴張的高能幅射結構。天文學家對這項發現非常有興趣,過去一直推測它與銀河系核心的超巨質量黑洞有關。

費米泡發出的伽馬輻射並非完全均勻分佈,天文學家在2011年在費米泡南側這邊發現有個「」,推測是銀河超級泡的一部分。不過由澳洲國立大學天文物理學家Roland Crocker領導的團隊最近發現,這個繭的位置與人馬座矮橢球星系的核心位置完全重合,這個矮橢球星系是銀河系的一個衛星星系,正被撕碎吞噬。這樣巧合的機率只有1%,而且有趣的是,繭的形狀和方向都和人馬座矮橢球星系相近,雖然兩者的距離無法精確測出,無法斷定費米泡的來源就是這個繭,但像這樣在一個大的伽馬射線結構中看到另一個伽馬射線結構,況且它們的形狀和方向都相似,很難不聯想兩者間有密切的關係!

Image©NASA Goddard Space Flight Center

因此研究人員決定重新審視這個繭,看看在矮星系中是否能找到產生伽馬輻射的可能機制。在銀河系中,伽馬射線主要是由宇宙射線和星際介質中的氣體碰撞所產生。但這對人馬座星系來說不太可能,因為它的氣體早在20到30億年前就已經被銀河系剝離,當中也沒有大質量恆星發生超新星爆炸來釋出氣體。

研究小組改從其他方面下手,最有可能的解釋是毫秒級脈衝星,這類脈衝星是以超新星爆炸後所殘留的極高速自轉中子星,週期以毫秒為單位;當它們旋轉時會從兩極射出輻射噴流,包括伽馬射線。研究人員表示,儘管與仙女座星系等其他星系相比,銀河系費米泡的伽馬輻射似乎很強,但若這些脈衝星有70到80億年的歷史,而且金屬含量低,就有可能,而人馬座矮橢球星系中的正是金屬豐度低的恆星,顯示矮橢球星系可能會產生比預期更多的伽馬輻射。

若真是如此,它們可能會與搜尋暗物質的線索混淆,而搜尋暗物質的策略可能也得調整。天文學家認為暗物質粒子和反粒子相互湮滅時會發出過量的伽馬輻射,所以伽馬輻射是搜尋暗物質的重要線索之一,當然,我們對矮橢球星系也得重新認識。

Nature Astronomy

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