一项新的研究发现，银河系可能缺少一种奇怪的X射线发光，这种发光与其他星系中的暗物质相关。如果真的没有这种发光的光晕——而没有参与这项研究的物理学家则高度怀疑它确实不存在——那将会打击暗物质是由假想的无菌中微子构成的理论。无菌中微子是科学家已经发现的亚原子微中子的理论表兄弟，也许存在或不存在。图注：哈勃太空望远镜的一张图片显示了泻湖星云，这是银河系中一小部分物质，不是暗物质构成的。这项新研究的研究人员于3月27日发表在《科学》杂志上，他们以与过去的尝试稍有不同的方式寻找这种发光的光晕，这是其他物理学家中最大的争论点。研究合著者、加州大学伯克利分校天体物理学家尼古拉斯·罗德（NicholasRodd）说：从科学的角度来看，我认为我们在工作遭到许多人质疑——而且非常感兴趣，这是科学应该运作的方式。一段时间以来，人们一直在考虑如何用X光来寻找这些中微子。我们参与进来了，对如何寻找他们有了新的想法。每当有人参与进来说，我有一个新的想法，如何寻找的东西，你在做什么，你的直觉应该是怀疑。我认为这是完全的自然反应。”寻找看不见东西能量分辨率与它有什么关系？暗物质是宇宙中最大的未知数。科学家知道它的存在，主要是因为他们可以看到它在星系中的引力作用。已知的恒星和气体还不足以将星系束缚在一起。因此，天体物理学家认为，星系具有看不见的暗物质“晕轮”，提供了缺失的体积，并共同占了宇宙质量的85％。（还有其他种类的暗物质证据，但这是最重要的证据。）但是，他们不知道这个神秘物质是由什么构成的。一些理论涉及相对较重的投机粒子，称为弱相互作用重粒子（WIMPS）。另一些涉及称为轻轴的超轻粒子。甚至有一些异乎寻常的，未被广泛接受的理论都依赖于微小黑洞的存在。但是，在某些方面最简单的方法是，对物理学家的中微子模型进行了一些微调。中微子是在空间中流动的超轻粒子，与其他粒子的相互作用很小。目前，存在三种已知的中微子：电子中微子，μon中微子和tau中微子。但是一些粒子物理学家怀疑还有第四种：无菌中微子。这种重中微子根本不会与其他粒子发生相互作用，除非通过引力和它衰变。而且由于其体积增加，它无法像其他中微子一样快地穿越太空。这意味着无菌中微子不会彼此分离而是形成云团，这表明它们可能像暗物质一样形成光晕。无菌中微子与其他暗物质候选者之间存在一个重要区别：随着时间的流逝，无菌中微子会衰减成我们知道的粒子，包括X射线光子。年代和年代初期的研究人员提出，无菌中微子的光晕衰减会在X射线光谱的特定波长处产生微弱的辉光。年，哈佛大学的一组研究人员将从73个不同星系团中检测到的X射线光加在一起，似乎在预期的范围内发出了这样的光辉：能量为3.5keV的微弱X射线光，电子伏特（keV）是产生光的粒子的能级的量度）。此后，数十项后续研究已在其他星系组中检测到类似的3.5keV辉光（称为3.5keV线），但至少在一些星系中搜索没有发现3.5keV线——特别是在德拉科星系。新论文的研究人员认为，在所有最明亮，最接近的暗物质来源：我们的银河星系中，缺少了3.5keV线。密歇根大学、加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的一个研究小组翻阅了旧的X射线望远镜记录，并选取了空白天空的X射线图像——银河系没有恒星但仍应该容纳暗物质的区域。他们认为，如果那条线确实是暗物质信号，他们的大型数据集应该包含一条3.5keV线。团队相对确定银河系有暗物质。他们写道，它是如此之近，覆盖了我们的天空如此之大，以至于暗物质肯定会出现在他们的数据中。出于同样的原因，在卧室里发现一个大灯泡要比发现一公里远的一个小的LED灯容易得多。他们认为，这强烈表明3.5keV线不是暗物质信号，这对无菌中微子理论将是重大打击。但是，并非所有人都相信。3.5keV线专家，加州大学欧文分校宇宙学中心主任凯沃尔克·阿巴扎吉安(KevorkAbazajian)自年2月首次分发以来一直对该论文发表评论。他说：“主要问题是，他们使用的方法在X射线天文学界没有使用，而且这些方法在X射线天文学界没有使用是有原因的。”这项新研究依赖大量数据——累计望远镜观测时间为8,小时——但该数据来自于非常窄的频率范围：3.3keV至3.8keV。数据的“能量分辨率”约为0.1keV，这意味着研究人员只能清楚地区分数据集中的少数几个频率。他们的数据集有点像是用超精密相机拍摄的5像素宽的照片：图像质量很好，但是显示的很少。该论文的作者说很好。即使图像的能量分辨率较低，但3.5keV线仍应清晰地显示在图像中间。他们争辩说，由于没有，这表明这条线根本不在银河系中。罗德说：“由于我们不是经过培训的X射线天文学家，因此引入了其他领域中使用的统计方法，我们认为这些方法更加严格和可靠。”这些方法是从伽玛射线天文学和在欧洲大型强子对撞机中实践的某些类型的粒子物理学中提取的，吸引了本文的作者。但是X射线天文学家对此表示怀疑。阿巴扎吉安（Abazajian）告诉《生活科学》，使用如此窄的能量范围就等于选择性地描述数据，这可能会导致不可信的结果。他说，问题在于，如果线存在，它看起来不像黑暗背景的一个亮点。相反，有很多背景X射线——来自其他星系，来自散布在天空中的原子，甚至一点点来自宇宙射线，导致望远镜内部闪烁——你必须在出现一条明显的线之前深刻理解和仔细地从数据中删除。他说，特别是，其他三个X射线源属于研究人员研究的窄带：天空中的氩18原子和硫16原子，然后另一个可能来自望远镜内部的称为钾kα的源。但他说，更广泛的问题是，通过研究如此窄的频率范围，研究人员只是无法充分理解背景，无法正确地将其删除。罗德（Rodd）则持相反的观点：占X射线光谱过多意味着意味着包括与3.5keV谱线无关的功能，并且可能会使银河背景X射线辐射看起来像的模型失真。他认为，这使得很难正确地将3.5keV线与背景分开。反击发现在另一篇论文中，尚未发表在同行评审的期刊上，但于年2月作为预印发布，另一组研究人员——专家X射线天文学家——占据了X射线光谱的更广范围。他们使用被广泛接受的技术，在银河系中寻找3.5keV线，最终他们找到了加州大学欧文分校物理和天文学系主任蒂姆·泰特（TimTait）说：我（关于新研究）听到的主要抱怨是，它们（看起来）过于狭窄，因此，它们实际上捕捉到了一些[3.5keV]信号本身，然后他们称之为背景。”泰特（Tait）是一位在暗物质方面有专长的粒子物理学家，通常不使用X射线。他是这一分歧的一位知识渊博的旁观者，对论文的批评程度不及阿巴扎吉安（Abazajian）。“他们在工作中非常谨慎，就他们的分析而言，我没有发现任何错误。但是我真的很想看到更大范围的频率绘制，只是为了查看数据的变化，“他说。尽管持怀疑态度，罗德说，他有理由相信他的团队已经证明3.5keV谱线不是无菌中微子暗物质——尽管他说这提出了一个问题，即在被发现的星系中产生这条线的原因是什么。潜在问题的部分原因是，来自天空空旷区域的可用X射线数据的质量不如科学家希望的那样好。罗德说，目前的X射线望远镜没有这种研究的理想能量分辨率。名为“Hitomi”日本卫星望远镜可能解决了这个问题，在年发射后不久就与地球失去了联系。而且，在X射线天文学最清晰的太空中，至少在20世纪20年代末之前，还没有计划向太空发射任何类似的仪器。在此之前，这些研究人员将一直处于等待，怀疑和分歧的状态，并等待着可以一劳永逸地解决争议的高质量数据。
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