二十年来,纳米比亚沙漠中的望远镜一直凝视着银河系的核心,等待暗物质暴露自己。最新收获——546小时的数据——仍然一无所获。但它所做的,是缩小了该领域最受欢迎的嫌疑人之一的藏身之地。
暗物质是似乎将星系维系在一起的不可见质量。它不发光、不反射、也不以我们能探测到的任何方式吸收光线,而且它几乎不与普通物质相互作用。引力是它存在的唯一可靠线索。一种长期以来的想法是,它由称为WIMPs(弱相互作用大质量粒子)的重粒子构成。在这些粒子密集堆积的区域,两者可以相遇并湮灭,将它们的质量转化为其他粒子,包括伽马射线——光的最具能量形式。
如果这种过程以一种干净的方式发生——两个暗物质粒子直接转化为两个伽马射线光子——结果应该是一条谱线:一个能量点的尖锐峰值,而不是跨越多个能量的平滑涂抹。银河中心是显而易见的地方。暗物质应该在那里最浓密,围绕着超大质量黑洞人马座A*。
纳米比亚的H.E.S.S.阵列正是为这种狩猎而建。它的望远镜并不直接捕捉伽马射线。它们捕捉的是当高能光子撞击大气层并引发粒子级联时产生的短暂蓝色切伦科夫光闪——这些粒子以比光在空气中传播更快的速度运动。从2014年到2020年,该合作项目将这些望远镜指向银河系内部,构建了迄今为止该区域最深远的超高能视图之一。
没有出现令人信服的谱线。这种缺失仍然有用。在《物理评论快报》上的一篇论文中,该团队报告了迄今为止对重暗物质粒子湮灭速率的最严格上限,覆盖了广泛的质量范围,而不假设特定的粒子模型。在Einasto分布模型下——这是银河系中暗物质分布的标准描述——这些上限是对这种伽马射线谱线的最强限制。他们还首次在团队考察的银河模型下挑战了热Higgsino,这是一种理论上整洁的暗物质候选者。
可以将湮灭截面想象成粒子在碰撞中的有效“尺寸”,这种碰撞会摧毁两个伙伴并留下光子。H.E.S.S.现在为该过程设定了其望远镜可达到质量范围内的最小允许尺寸。南部位置很重要:目前它是唯一一个能长时间凝视银河中心的活跃阵列。
下一步已在建设中。切伦科夫望远镜阵列天文台将在智利和加那利群岛设有站点,其视场更宽、分辨率更高、灵敏度也优于H.E.S.S。纳米比亚调查是探路者。如果一条谱线确实存在于这些能量的银河中心,那么下一代望远镜将是发现它——或进一步关闭窗口——的那个。承包笑点碎碎念
