2025 年 11 月 26 日（日本時間，預印本第 23 日），東京大學的東谷智典分析了費米大面積望遠鏡約 15 年的觀測數據，並報告說，在星系暈區域 |l|≤60°，10°≤|b|≤60°* 處，存在著射線能量約為 200。
*這意味著散射是對稱的。
此成分呈球對稱，可解釋為暗物質暈的輻射，符合納瓦羅-弗蘭克-懷特（Navarro-Frenk-White）輪廓。暗物質粒子的質量估計約為0.5-0.8 TeV，湮滅截面⟨σv⟩為(5-8)×10⁻²⁵cm³/s。然而，此結果與矮星系觀測到的上限值有矛盾，其是否起源於暗物質仍有待驗證。
從： 
銀河系瀰漫輻射中20 GeV暈狀過量及其對暗物質湮滅的影響
【社論】
利用費米-LAT望遠鏡記錄的約15年的伽馬射線數據，Tomonori Toya報告了銀河系暈區域（|l|≤60°，10°≤|b|≤60°）在約20 GeV能量處存在特徵伽馬射線過量。此能譜與2 GeV以下和200 GeV以上能量範圍內的近零流量一致，空間分佈呈現與NFW輪廓相符的球對稱結構。假設暗物質湮滅，則其質量約為0.5-0.8 TeV，主要產物為b¯b或W⁺W⁻，目前速度區域的截面估計為(5–8)×10⁻²⁵cm³/s。
然而，這種解釋需要謹慎對待。特別是，我們發現的截面⟨σv⟩的值比矮星系聯合分析所指示的上限值大約大10倍（大約一個數量級），這使得一些專家指出「現在就斷定它是暗物質起源還為時過早」。此外，鑑於先前包括對費米-LAT自身和地面望遠鏡的分析在內的眾多搜索中都沒有發現明確的信號，因此需要進行額外的驗證。下一步將是由一個獨立的研究小組進行重新分析，並利用其他伽馬射線望遠鏡和矮星系進行驗證。
為了正確表達暗物質湮滅率，我們需要使用⟨σv⟩（截面的熱平均值乘以相對速度），而不是簡單的截面σ。這是因為實際的湮滅頻率強烈依賴於粒子交互作用機率σ、粒子相互接近的速度（相對速度）以及暗物質的速度分佈。在早期宇宙中，暗物質具有熱速度分佈，而在當今的星系中，它具有低速分佈，速度比光速快約10⁻³倍。因此，這些參數的平均值⟨σv⟩是決定凍結過程中暗物質密度的基本量。此外，目前的湮滅訊號，例如伽馬射線，是由ρ²和⟨σv⟩這兩個參數共同決定的。即使 σv 的速度依賴性（例如，s 波、p 波）因粒子物理模型而異，但使用 ⟨σv⟩ 可以讓我們一致地處理早期宇宙和現代宇宙。
暗物質長期以來一直透過星係自轉速度異常等現像被人們所關注。來自普朗克望遠鏡和其他來源的最新數據顯示，在當今宇宙中，大約 26.8% 是暗物質，大約 68.3% 是暗能量*2，而我們觀測到的普通物質僅佔大約 4.9%，這清楚地表明宇宙「以黑暗為主導」。
*2 加速宇宙膨脹的能量。這是平坦宇宙的Λ-CDM模型中假設的值。它可以被解釋為真空能量或幻影能量，並在愛因斯坦方程中以宇宙學項的形式出現，但其真實性質尚不清楚。
關於超對稱（SUSY）的關係，我們的結果並非直接「否定超對稱」。然而，在弱相互作用重粒子（WIMP）的簡單模型中，尤其是在中性子模型中，存在一些難以同時滿足質量、截面和背景實驗限制的區域。儘管一些簡單的超對稱結構已經透過諸如大型強子對撞機（LHC）和巨型地球幾何實驗（MEG(-II)）等稀有衰變探測得到了強有力的約束，但超對稱並未被完全排除，仍然存在多種變體，包括非熱產生和混合態。從這個意義上講，儘管許多「簡單而優美」的理論模型仍在接受檢驗，但我們也需要進行更多討論，將更複雜的模型和替代暗物質候選者納入考慮。
此外，雖然諸如μ→eγ之類的稀有衰變與本研究中觀測到的伽馬射線過量並無直接關聯，但它們在從多個角度驗證新的物理模型方面發揮著補充作用。多種方法（包括暗物質、稀有衰變、加速器實驗和直接探測實驗）從不同角度縮小理論可能性範圍的結構，也是粒子物理學的特徵。如果本研究中觀測到的訊號來自暗物質，那麼只有與這些不同實驗方法的結果一致的理論才能被接受。反之，如果發現不一致之處，則需要對理論進行新的修正。
儘管這一訊號意義重大，因為它基於長期數據提出了新的可能性，但仍需謹慎、循序漸進地進行驗證，切勿倉促下結論。許多研究人員持謹慎態度，因為過去一些被認為是暗物質可能存在的證據，後來都被後續研究推翻了。謹慎和獨立驗證是該領域賴以生存的基石，這項研究的結果也應在此背景下解讀。
我盡量只總結了最重要的幾點，並盡量減少技術術語的使用。
你發現了什麼？
- 費米-LAT伽瑪射線望遠鏡觀測宇宙15年的數據，
東京大學的東谷智典進行了詳細的調查。 - 在銀河系中，有一個被稱為「光暈」的區域，它距離中心稍遠。
他們發現能量約 20 GeV 的伽馬射線略有過量（「過量」）。 - 這座“20 GeV 山”
- 它以近乎球形對稱的方式展開。
- 它的形狀與“ NFW輪廓”非常相似，NFW輪廓是暗物質分佈模型。
簡而言之：
“在銀河系暈中觀測到了類似暗物質的 20 GeV 伽馬射線峰值。”
這是暗物質的發現嗎？
目前還不是“決定”，他/她目前只是一個強有力的候選人。
Toya 在假設「如果這是暗物質的湮滅（※）呢？」的情況下進行了計算。
- 暗物質質量：約 0.5-0.8 TeV （約為質子質量的幾百倍）
- 湮滅截面： (5–8)×10⁻²⁵ cm³/s （= 明顯大於典型的弱相互作用重粒子）
*湮滅：暗物質粒子碰撞並消失，產生的能量變成伽瑪射線和其他物質。
問題在於：
- 與其他觀測結果（尤其是矮星系的觀測結果）的上限相比，這個值「相當大」。
→ 換句話說，如果我們把同樣的暗物質模型應用到其他地方，那麼在矮星系中，暗物質可能會過多。
這就是原因。
- “有些部分用暗物質來解釋很吻合。”
這與其他一些觀察結果有些矛盾，所以我們不能就此下結論：“就此定論！”
這表明我們正處於一個比較微妙的境地。
為什麼大家都這麼謹慎？
在暗物質探索的歷史上，
“這會不會是暗物質存在的證據？”
→ 後續的觀察和分析表明，“也許情況並非如此……”
這就是正在發生的事情。
專家建議，為了避免重蹈覆轍：
- 另一組獨立分析相同數據的研究小組能否重現這些結果？
- 同樣的暗物質參數是否適用於其他伽瑪射線望遠鏡和其他天體（例如矮星系）？
- 這會不會是分析方法或背景模型選擇方式的缺陷（系統誤差）？
我們的立場是，從現在開始認真審查此事。
外國媒體也
- “這很有希望，但還不能作為確鑿的證據。”
- “極其有力的論點需要極其有力的證據。”
它是以這種語氣介紹的。
這與超對稱和μ→eγ有什麼關係？
文章的後半部討論了更廣泛的「新物理學難題」。
- 超對稱（SUSY）
- 這是自然產生被稱為「WIMP」的暗物質候選粒子的理論之一。
- 然而，許多簡單的超對稱形式已經透過大型強子對撞機（LHC）和其他研究得到了強有力的限制。
- 也就是說，超對稱理論整體上並沒有消亡，更複雜的版本仍然非常活躍。
- μ→eγ（μ子衰變為電子和γ射線）
- 如果只考慮標準模型，這種罕見的崩潰被認為是「幾乎不可能發生的」。
- 如果被發現，這將是「標準模型以外的新物理學」的確鑿證據。
- MEG/MEG II 實驗正在以超高的靈敏度尋找這種物質。
這篇文章的意思是：
暗物質（伽瑪射線）
+ 罕見坍縮（μ→eγ）
+ 加速器實驗（大型強子對撞機等）
+ 直接檢測實驗透過從這些不同的角度攻擊同一個理論，我們可以逐步縮小可能性範圍。
20 GeV 訊號被認為是其中的「一部分」。
簡要結論（超級總結）
- 最新發現：費米-LAT 15 年數據揭示銀河系暈中「神秘的 20 GeV 伽馬射線山」。
- 暗物質假說：其形狀和光譜可以解釋為來自暗物質暈，但所需的強度與其他觀測結果有些不一致。
- 目前的評估是： “它是暗物質的一個非常有力的候選者”，但它並不是“確鑿的證據”，所以每個人都在謹慎地觀察它。
- 從現在開始：其他研究小組進行重新分析，與其他天體、其他望遠鏡以及其他類型的實驗進行比較，
我們現在正處於尋找能夠解釋這一訊號的「一致的新物理學」的階段。
現在慶祝「暗物質已被發現」還為時過早！
這是一個有趣的信號，許多人開始認真調查此事，心想：“這可能是真的。”
如果你把它看作是這種立場的結果，那基本上就是正確的。
[術語]
暗物質
指無法透過正常電磁相互作用觀察到，但其存在可以透過引力效應推斷出來的物質的總稱。
懦夫
它是一種假想的重粒子，僅透過弱相互作用和引力與普通物質相互作用，是暗物質的主要候選者之一。
伽瑪射線<br>電磁波中能量最高的區域的光，由高能量天文現象和宇宙射線產生。
NFW 簡介<br>一種特定的密度分佈函數模型，常用於描述星系和星系團的暗物質暈。
矮星系<br>這些星系亮度低、質量小，但被認為具有較高的暗物質比例和較低的伽馬射線背景，因此適合用於暗物質搜尋。
μ→eγ
μ子衰變為電子和γ射線的過程在標準模型中並不存在，如果被觀測到，將是新物理學的證據。
[參考連結]
銀河系瀰漫輻射中 20 GeV 暈狀過量及其對暗物質湮滅的影響（外部）
Toya 在《宇宙學和天文粒子物理學雜誌》（IOPscience）上發表了一篇論文，詳細介紹了基於 Fermi-LAT 數據分析的 20 GeV 伽馬射線過量和暗物質解釋。
暗物質終於被發現了！ ？ ——銀河系暈中發現高能量伽瑪射線輻射—— （外部連結）
東京大學發布的新聞稿用日語解釋了 20 GeV 伽馬射線輻射的發現及其與暗物質暈的關聯。
MEG / MEG II 實驗（外部）
由瑞士PSI運行的μ→eγ搜尋實驗的官方網站提供了MEG和MEG II及其最新結果的概述。
東京大學 MEG II 團隊（外部）
這是日本研究小組進行的 MEG II 實驗的介紹頁面。
[參考文章]
研究聲稱提供了暗物質存在的首個直接證據（外在）
《衛報》介紹了托婭的研究結果，並提供了仔細的評估和相關問題，其中包括幾位專家的評論。
一項備受爭議的新研究指出了迄今為止最有希望的暗物質訊號（外部連結）
Gizmodo 將 20 GeV 訊號描述為“有爭議但很有希望的候選者”，並提供了有關矮星系限制和系統誤差的詳細資訊。
經過近百年的探索，科學家可能已經偵測到了暗物質（外部）
EurekAlert! 上發布的新聞稿簡要總結了 20 GeV 超額輻射的發現及其作為暗物質候選者的地位。
[編者註]
這項研究具有物理學的魅力，理論之美與觀測結果的現實性在此交會碰撞。許多專家之所以保持謹慎的態度，是因為他們深知過去經驗的重要性，並在此基礎上穩步前進。我希望您能與我一同探索這一領域的深度，包括思考「理論真的應該優美嗎？」這個問題。
