编辑 | 杨凌、陈航
编译 | 董唯元、顾淼飞、韩若冰、夏春秋
在所有电磁辐射中，γ射线波长最短、频率最高，所以携带能量最大、穿透能力最强。原子弹爆炸所产生的辐射，之所以能够造成物种变异，就是因为其中的γ射线能直接破坏DNA分子。
宇宙中有很多γ辐射，其中最为夸张的是γ射线爆。1997年监测到的一次就非常壮观，在50秒内释放的能量相当于银河系200年辐射的总能量，爆发后的一两秒内，亮度超过了宇宙其他部分亮度总和，成为那一瞬间名副其实的“全宇宙焦点”。爆发在附近几百公里范围内产生的高温高密，相当于宇宙大爆炸之初千分之一秒的情形。此后天文学家们还观测到过规模更大的爆发，有的规模甚至比这次高出一个数量级。
幸好这些爆发都发生在遥远的其他星系，在银河系内目前尚未发现。而且这些爆发产生的射流，很仁慈地没有扫过太阳系，让我们这些脆弱的生命能够免遭灭顶之灾。
宇宙中γ辐射的起因非常神秘，科学家们研究表明，那些持续时间只有0.2-1000秒的γ射线爆，主要是由大质量天体相互碰撞所产生。还有一些持续时间较长的辐射，是黑洞在吞噬物质时，沿自转轴方向发送的高能射线。另外还有大量零散的γ射线，至今搞不清其来源。
宇宙γ射线虽然早在20世纪60年代就被发现，但天文学界真正对其展开研究多是在最近30年。尤其是在2008年，搭载LAT望远镜的费米卫星发射升空之后。这颗卫星至今已对能级在50MeV到1TeV之间的5098个银河系外γ射线源进行了细致观测，为从事相关研究的天文学家和物理学家积攒了大量宝贵数据。
这些数据不仅有助于天文学家了解天体演化和碰撞等宇宙尺度的行为，也对高能物理学家颇有价值。因为这些γ射线多产生于极端高能条件下，当他们穿过广袤宇宙空间来到地球，也为我们带来了很多极端条件下物质作用的线索。而那些极端条件，是我们在地球上以现有技术根本无法实现的。
不久前，一个庞大的国际合作团队，就将宇宙不明γ射线与暗物质的研究联系起来，通过对比分析二者的分布情况，发现那些不明γ射线似乎与宇宙暗物质存在比较明显的联系[1, 2]。这个团队成员近百名，来自欧洲和美国多家研究机构。他们采用费米卫星收集的近9年宇宙γ射线数据，剔除掉所有已知源，只保留那些来源和成因不明的成分（也称UGRB，unresolved γ-ray background）并绘制成宇宙中UGRB的分布图。
与UGRB分布图进行对比的暗物质分布图，来源于暗能量巡天（DES，Dark Energy Survey）第一年内的数据。由于暗物质不参与电磁作用，目前探测暗物质的手段只有依靠其质量产生的引力透镜效应。透镜扫过贴有网格图案的墙壁时，会使墙上的图案看起来有变形。根据同样的原理，精心对比不同时间的天体位置，就可以推算出宇宙中暗物质的分布情况。
UGRB分布图与暗物质分布图的对比分析，显示出二者有比较明确的联系。这个结论暗示，很可能构成暗物质的成分虽然本身不参与任何电磁作用，但其衰变产物或衰变过程却可能伴随高能电磁作用的参与。
关于宇宙γ射线的研究尚处方兴未艾的阶段，未来必然还会给我们带来更多神奇的新发现。
[1] Ammazzalorso S, Gruen D, Regis M, et al. Detection of cross-correlation between gravitational lensing and gamma rays[J]. arXiv preprint arXiv:1907.13484, 2019.
[2] 目前该文章已被物理学顶级期刊《Physical Review Letters》接收。
发表于 2020-1-20 02:51
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