二元暗物質模型解釋銀河系中心伽瑪射線與矮星系的「沉默」現象

一項新的理論概念指出，約佔宇宙質量 85% 的暗物質可能並非由單一粒子組成，而是由兩種不同成分構成的二元系統。這項假設旨在解決長期存在的觀測矛盾，過去這些矛盾曾讓基於弱交互作用大質量粒子（WIMPs）等單一暗物質模型飽受質疑。

在傳統的 WIMPs 框架下——這是暗物質最受認可的候選理論之一——科學家假設這些粒子僅透過重力和弱核力產生交互作用。然而，由於大型強子對撞機等實驗始終未能發現 WIMPs 的確鑿證據，研究焦點已轉向其他替代模型。「避矮星系暗物質」（dSph-phobic dark matter）模型的關鍵創新在於，暗物質的行為似乎與環境息息相關，會隨著局部密度與重力場強度而改變。該模型主張，若要觀測到如伽瑪射線發射等間接訊號，必須同時存在兩種暗物質成分並發生交互作用，進而引發雙方的湮滅。

由 Asher Berlin、Joshua Foster、Dan Hooper 與 Gordan Krnjaic 組成的研究團隊開發了這套理論，並獲得費米實驗室（Fermilab）等機構的支持。他們的論文《避矮星系暗物質》於 2026 年 4 月 9 日發表在《宇宙學與天體粒子物理學期刊》（JCAP）。這種二元結構直接解釋了銀河系中心伽瑪射線超量（GCE）之謎，即費米空間望遠鏡捕捉到的一種來源不明的伽瑪射線激增現象。這種超量訊號表現為繞著銀河系盤面球狀區域的光子聚集，過去僅能以暗物質湮滅來解釋，但儘管矮橢球星系（dSph）擁有極高密度的暗物質，卻未偵測到類似訊號，這在過去構成了嚴重的理論衝突。

矮星系被視為驗證此類假說的理想「實驗室」，因為它們缺乏氣體與年輕恆星，能將來自脈衝星或黑洞的背景雜訊降至最低。「避矮星系暗物質」模型化解了這項分歧，認為在銀河系中心的高密度與強重力環境下，兩種成分會發生協同湮滅並產生觀測到的伽瑪射線。相較之下，矮星系較為平緩的重力位能可能阻礙了輕粒子與重粒子產生共同湮滅所需的動能，進而抑制了可偵測的訊號。費米實驗室的 Gordan Krnjaic 指出，若單一粒子類型的暗物質理論屬實，我們理應在其他暗物質高度集中的區域也觀察到類似的發射現象。

這種環境依賴性（即對局部條件的依賴）是否成立，將取決於未來的天文巡天結果。歐洲太空總署（ESA）的「歐幾里得」（Euclid）任務被視為該理論的關鍵測試，重大的宇宙學數據預計將在 2026 年 10 月前揭曉。歐幾里得望遠鏡於 2023 年 7 月發射，利用重力透鏡效應繪製暗物質分布的三維地圖，測量長達 100 億年宇宙歷史中數十億個星系所產生的光線扭曲。在為期六年的任務結束前，歐幾里得預計將觀測超過 15 億個星系，這將能證實二元模型，或證明如毫秒脈衝星訊號等其他解釋更具說服力。科學家期待，歐幾里得未來的數據將有助於釐清矮星系系統是否真的發射伽瑪射線，而這正是驗證該假說的核心關鍵。