長期以來，天文學家一直被我們銀河系核心的兩個奇怪現象所困擾。首先，中央分子區域（CMZ）的氣體是銀河系核心附近的密集和混亂的區域，似乎是離子化的（這意味著它是電電的），因為它已經丟失了電子）以驚人的高速率。
其次，望遠鏡發現了一種神秘的伽瑪射線光芒511千電子伏特（KeV）（對應於靜止時電子的能量）。
有趣的是，當電子及其反物質對應物（所有基本帶電的顆粒都有其本身幾乎相同但相反電荷的反物質版本），正電子，碰撞和殲滅的光線閃爍。
儘管有數十年的觀察，但兩種影響的原因仍然不清楚。
但是在一項新研究中，發表在物理評論信，我們表明兩者都可以與宇宙中最難以捉摸的成分之一有關：暗物質。特別是，我們提出，一種新形式的暗物質，比天文學家通常尋找的類型的巨大形式可能是罪魁禍首。
隱藏過程
CMZ跨越近700光年並包含銀河系中一些最密集的分子氣體。多年來，科學家發現該區域被異常離子化，這意味著該區域的氫分子被分成帶電顆粒（電子和核）的速度要比預期的要快得多。
這可能是轟炸氣體的宇宙射線和星光之類的來源的結果。但是，僅這些這些似乎無法解釋觀察到的水平。
另一個謎團，511KeV排放，首先觀察到在1970年代，但仍然沒有明確的來源。幾個候選人已經提出了，包括超新星，巨大的星星，黑洞和中子星。但是，沒有一個充分解釋發射的模式或強度。
我們問了一個簡單的問題：這兩種現像都可以由同一隱藏的過程引起嗎？
暗物質約佔85％宇宙中的物質，但不會發出或吸收光。儘管其引力效應是明確的，但科學家尚不知道它是什麼作品。
一種可能被忽視的一種可能性是，暗物質顆粒可能很輕，質量只有幾百萬個電子伏特，比質子輕得多，並且仍然起著宇宙的作用。這些輕的暗物質候選物通常稱為Sub-Gev（Giga Electronvolts）暗物質顆粒。
這種暗物質顆粒可能與它們的反粒子相互作用。在我們的工作中，我們研究瞭如果這些輕的暗物質顆粒與銀河中心中的它們自己的反粒子接觸，並互相消滅，從而產生電子和正電子。
在CMZ的緻密氣體中，這些低能的顆粒會通過敲除電子而迅速失去能量並將周圍的氫分子電離。因為該區域是如此密集，所以顆粒不會傳播遠。取而代之的是，他們將在本地沉積大部分能量，這與觀察到的電離曲線非常匹配。
使用詳細的模擬，我們發現這個簡單的過程，將暗物質顆粒殲滅到電子和正電子中，可以自然解釋在CMZ中觀察到的電離速率。
更好的是，暗物質的所需特性（例如其質量和相互作用強度）不會與早期宇宙中的任何已知約束衝突。這種暗物質似乎是一個嚴肅的選擇。
正電子拼圖
如果暗物質在CMZ中產生正電子，那麼這些顆粒最終將減速並最終用環境中的電子殲滅，從而以511KeV的能量產生伽馬射線。這將提供電離與神秘的光芒之間的直接聯繫。
我們發現，儘管暗物質可以解釋電離，但它也可以復制一些511KeV輻射。這一引人注目的發現表明，這兩個信號可能源於同一來源，即輕暗物質。
511KeV線的確切亮度取決於幾個因素，包括如何有效地形成與電子結合的狀態以及它們確切地殲滅的位置。這些細節仍然不確定。
測試無形的新方法
無論511KeV發射和CMZ電離是否具有共同的來源，CMZ中的電離率都成為研究暗物質的寶貴新觀察。特別是，它提供了一種測試涉及輕質暗物質顆粒的模型的方法，這些模型很難使用傳統的實驗室實驗來檢測。
在我們的研究，我們表明，來自暗物質的預測電離概況在整個CMZ之間非常平坦。這很重要，因為觀察到的電離確實相對均勻地擴散。
點源，例如黑洞在銀河系或宇宙射線源（例如超新星（爆炸之星））的中心，無法輕易解釋這一點。但是平滑分佈的暗物質光環可以。
我們的發現表明，銀河系的中心可能會為暗物質的基本性質提供新的線索。
未來可以更好分辨率的望遠鏡將能夠提供有關511 KEV線與CMZ電離率之間的空間分佈和關係的更多信息。同時，對CMZ的持續觀察可能有助於排除或加強暗物質的解釋。
無論哪種方式，這些來自銀河系中心的奇怪信號提醒我們，宇宙仍然充滿了驚喜。有時，向內看，向我們自己銀河系的動態，發光的中心，揭示了最出乎意料的暗示。
Shyam Balaji，博士後研究員，倫敦國王學院
