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宇宙最大天体发出怪异信号,无法用已知物理学解释!

英仙座星系团距地球大约2.5亿光年,是宇宙内已知质量最大的天体之一 。你可以将它想象成一个包裹着大量原子的气云,每个原子就是一个完整的星系。这个星系团拥有超热等离子体构成的“大气”,蕴藏着很多未解之谜。在对英仙座星系团进行细致观测时,科学家发现了无法用已知物理学解释的怪异信号。

借助钱德拉X射线望远镜,布尔比尔和十几位科学家组成的研究小组对英仙座星系团进行观测。布尔比尔表示:“这个星系团的‘大气’充斥着离子,在X射线光谱中形成“凸起”或者“线”,我们可以借助钱德拉进行测绘。”2012年,在添加钱德拉望远镜的观测数据后,布尔比尔吃惊地发现原本不该有“线”的地方出现了一条“新线”。“这条3.56千电子伏光谱线不与任何已知原子跃迁相对应。这是一项令人惊异的发现。”

在对另外73个星系团的X射线辐射进行分析时,布尔比尔的团队发现了同样的光谱信号,从而进一步证实了这条线的存在。分析所用数据由欧洲的XMM-牛顿X射线望远镜获取。在布尔比尔的团队在线发表论文后一周,荷兰莱登大学的阿列克谢·博亚斯基领导的研究小组公布了相同光谱线的证据。在对XMM-牛顿望远镜的仙女座星系观测数据进行分析时,他们发现了证据。此外,他们还证实英仙座星系团的外侧存在这样的谱线。

能够产生这种光谱线的候选暗物质包括轴子、惰性中微子和所谓的“模量暗物质”。天文学家认为需要建造一架新的望远镜才有可能揭开这个谜团。2015年,日本航天机构发射先进的X射线望远镜Astro-H,上面装备了美国宇航局和威斯康星大学科学家共同研制的新型X射线探测器。Astro-H能够对这条神秘谱线进行更精确的测量。

通过一项新研究,天文学家获取了暗物质身份的线索。这项新研究或许能够解释钱德拉望远镜、XMM-牛顿望远镜以及日本牵头的HitomiX射线望远镜的观测发现。如果未来的观测证实这项研究,意味着科学家在了解暗物质特性方面向前迈进一大步。研究领导人、牛津大学的约瑟夫·康伦表示:“我们认为这个结果要么极为重要,要么一无是处。暗物质是科学界面临的最大谜团之一。在寻找答案的过程中,我不认为存在一个中间点。”

2016年,Hitomi望远镜未能在英仙座星系团观测到3.5千电子伏光谱线。研究论文合著者、牛津大学的弗朗西斯卡·戴指出:“你可能认为由于Hitomi未能发现3.5千电子伏光谱线,我们对这条线的研究将遭遇失败,但我并不这么认为。与任何精彩的故事一样,总会出现一些有趣的情节。”

为了确定这种分离能否起作用,牛津大学的团队重新分析了钱德拉2009年的观测数据,最终得出了惊人发现。根据他们发现的证据,3.5千电子伏X射线处于“赤字”状态,而不是“过剩”。这说明英仙座星系团的某些成员吸收这一特定能量水平的X射线。研究人员对Hitomi的光谱观测进行模拟,在将这条吸收线加入钱德拉和XMM-牛顿观测到的炙热气体辐射线后,他们并未在合成光谱中发现3.5千电子伏X射线吸收或者辐射证据。这与Hitomi望远镜的观测结果相符。

牛津大学研究小组在他们的报告中指出,暗物质粒子可能像拥有两种能量态的原子,3.5千电子伏则是两种能量态的分割点。如果是这种情况,在对黑洞进行近距离观测时可能发现3.5千电子伏X射线吸收;对远离黑洞的英仙座星系团炙热气体进行观测时,则会发现同等能量水平的X射线辐射。

为了书写这个故事的下一章,天文学家需要对英仙座星系团以及类似星系团进行进一步观测。他们需要获取更多数据以进一步证实3.5千电子伏光谱线的存在,同时排除“出人意料的仪器影响”和“统计学角度的不可能性”。钱德拉望远镜、XMM-牛顿望远镜以及未来的X射线望远镜将继续对星系团进行观测,以帮助科学家揭开暗物质的谜团。

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