銀河系中心的神秘能量：暗物質自我湮滅的證據？

在我們銀河系的中心，科學家發現了一種奇特的能量來源，這可能與一種新型的暗物質有關。研究顯示，那裡的氫氣以一種出乎意料的方式被電離，而這種現象無法用宇宙射線來解釋。相反，科學家提出，可能是輕量級的暗物質粒子相互碰撞，產生了帶電粒子。這一發現可能重塑我們對暗物質及其在宇宙中角色的理解。

暗物質是一種看不見的物質，被認為佔據了宇宙總質量的85%，但它仍然是科學界最大的謎團之一。儘管經過數十年的研究，其真實性質仍然未知。如今，在一項突破性的研究中，科學家發現了一個潛在的線索。他們認為，一種不同形式的暗物質可能是導致銀河系中無法解釋的化學反應的原因。

倫敦國王學院的博士後研究員、該研究的首席作者之一Shyam Balaji博士解釋道：「在我們銀河系的中心，存在著大量帶正電的氫氣雲，這幾十年來一直是科學界的謎團，因為通常這些氣體是中性的。那麼，是什麼提供了足夠的能量，將帶負電的電子從中擊出呢？」

從銀河系這部分割槽域輻射出的能量特徵表明，存在一個持續且劇烈的能量來源，而我們的資料顯示，這可能來自於比現有模型所考慮的更輕的暗物質形式。

目前最被廣泛接受的暗物質理論認為，它可能是一群被稱為「弱相互作用大質量粒子」（WIMPs）的粒子，這些粒子穿過普通物質時幾乎不發生相互作用，因此極難被探測到。然而，這項於3月10日發表在《物理評論快報》上的研究，可能重新點燃了對另一種質量遠低於WIMPs的暗物質的興趣。

研究人員認為，這些微小的暗物質粒子相互碰撞，並在一個稱為「湮滅」的過程中產生新的帶電粒子。這些新產生的帶電粒子隨後可以電離氫氣。過去，解釋這種電離過程的嘗試依賴於宇宙射線，這些快速且高能的粒子在宇宙中穿梭。然而，這種解釋面臨一些困難，因為從中央分子區（CMZ）觀測到的能量特徵似乎不足以歸因於宇宙射線。此外，這種過程似乎也不可能由WIMPs引起。

研究團隊得出的結論是，導致湮滅的能量來源比宇宙射線更慢，且質量比WIMPs更小。Balaji博士表示：「尋找暗物質是科學界最大的追捕行動，但許多實驗都是在地球上進行的。透過利用CMZ中的氣體進行不同型別的觀測，我們可以直接接觸到源頭。資料告訴我們，暗物質可能比我們想像的要輕得多。」

尋找暗物質是基礎科學最重要的目標之一，但許多實驗都是在地球上進行的，等待著暗物質主動到來。透過觀測銀河系的中心，CMZ中的氫氣暗示我們可能更接近於識別暗物質的性質。這一發現可能同時解釋銀河系的其他謎團，例如在銀河系中心發現的一種特定型別的X射線觀測結果——被稱為「511-keV發射線」。這種特定的能量特徵也可能是由相同的低質量暗物質碰撞並產生帶電粒子所導致。

參考文獻：Pedro De la Torre Luque, Shyam Balaji 和 Joseph Silk 於2025年3月10日發表在《物理評論快報》上的論文《次GeV暗物質在中央分子區的異常電離》。DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.101001