这种光被称为未解析的伽马射线背景，它的来源非常微弱和遥远，研究人员无法单独识别它们。然而，这些伽马射线的起源位置与遥远宇宙中发现质量的位置相匹配，这一事实可能是确定这些来源的关键拼图。

“背景是‘在那里’产生伽马射线的许多东西的总和。都灵大学和意大利国家核物理研究所(INFN)的Simone Ammazzalorso共同领导了这项分析，他说:“第一次能够测量它与引力透镜的相关性——物质分布产生的遥远星系图像的微小扭曲——帮助我们解开了它们。”

这项研究使用了暗能量调查(DES)一年的数据，它拍摄了天空的光学图像，以及费米伽马射线太空望远镜(Fermi gamma -ray Space Telescope)九年的数据，费米伽马射线太空望远镜在绕地球运行时观测宇宙伽马射线。

“真正有趣的是，我们测量的相关性并不完全符合我们的预期，”帕诺夫斯基研究员丹尼尔·格鲁恩说，他来自能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学Kavli粒子天体物理与宇宙学研究所(KIPAC)，他领导了DES合作的分析。“这可能意味着我们要么需要调整现有的发射伽马射线的物体模型，要么它可能暗示其他来源，比如暗物质。”

这项研究今天被接受发表在物理评论快报。

两只敏感的“眼睛”盯着天空

伽马辐射是能量最高的光形式，在各种宇宙现象中都会产生——通常是极其剧烈的现象，比如爆炸的恒星、高速旋转的致密中子星，以及从活动星系(其中心的超大质量黑洞吞噬物质)中射出的强大粒子束。

另一个潜在的来源是看不见的暗物质，据信它占宇宙中所有物质的85%。当暗物质粒子在太空中相遇并相互毁灭时，它会产生伽马射线。

费米航天器上的大面积望远镜(LAT)是对伽马射线高度敏感的“眼睛”，它的数据提供了天空中伽马射线源的详细地图。

但是，当科学家减去他们已经知道的所有来源时，他们的地图远不是空的;它仍然包含一个伽马射线背景，其亮度因区域而异。

“不幸的是，伽马射线没有标签来告诉我们它们来自哪里，”格伦说。“这就是为什么我们需要更多的信息来解开它们的起源。”

这就是DES的用武之地。它的5.7亿像素暗能量相机安装在智利塞罗·托洛洛美洲天文台的维克托·m·布兰科4米望远镜上，拍摄了数亿个星系的图像。它们的确切形状告诉研究人员物质的引力是如何使宇宙中的光弯曲的——这种效应在星系图像中表现为微小的扭曲，被称为弱引力透镜。根据这些数据，DES的研究人员绘制了迄今为止最详细的宇宙物质图。

在这项新研究中，科学家们将费米和DES的地图叠加在一起，发现两者并不是独立的。未解析的伽马射线背景在物质较多的区域较强，而在物质较少的区域较弱。

“结果本身并不令人惊讶。我们预计在含有更多物质的地区会有更多的伽马射线产生过程，我们已经预测这种相关性有一段时间了，”Ammazzalorso在都灵的主管之一尼科劳·福伦戈(Nicolao Fornengo)说。“但现在我们已经成功地首次探测到这种相关性，我们可以用它来了解是什么导致了伽马射线背景。”

暗物质的潜在线索

伽马射线辉光最有可能的来源之一是非常遥远的耀变体——中心有超大质量黑洞的活跃星系。当黑洞吞噬周围的物质时，它们会喷射出高速的等离子体和伽马射线，如果这些喷流指向我们，费米宇宙飞船就会探测到。

研究人员说，耀变体是最简单的假设，但新的数据表明，简单的耀变体数量可能不足以解释观察到的伽马射线和质量分布之间的相关性。

“事实上，我们的耀变体发射模型可以很好地解释这种相关性的低能部分，但我们看到了高能伽马射线的偏差，”格伦说。“这可能意味着几件事:它可能表明我们需要改进耀变体的模型，或者伽马射线可能来自其他来源。”

这些其他来源之一可能是暗物质。一个领先的理论预测，这种神秘的物质是由弱相互作用的大质量粒子(wimp)组成的，它们在碰撞时可能会在伽马射线的闪光中相互湮灭。因此，来自某些物质丰富的宇宙区域的伽马射线可能源于这些粒子的相互作用。

寻找湮灭的wimp的伽马射线特征并不是一个新想法。在过去的几年里，科学家们在各种被认为含有大量暗物质的地方寻找它们，包括银河系的中心和银河系的伴星星系。然而，这些搜索还没有产生可识别的暗物质信号。新的结果可以用于验证WIMP假设的额外搜索。

计划下一步

虽然测量到的相关性只是随机效应的概率只有千分之一，但研究人员需要更多的数据来进行结论性分析。

“这些结果，第一次将我们的伽马射线和物质的地图联系起来，非常有趣，而且有很大的潜力，但目前这种联系仍然相对薄弱，人们必须仔细解释这些数据，”KIPAC主任里萨·韦克斯勒说，他没有参与这项研究。

Gruen说，当前分析的主要限制之一是可用透镜数据的数量。“有了来自4000万个星系的数据，DES已经把它推到了一个新的水平，这就是为什么我们能够首先进行分析的原因。但我们需要更好的测量方法。”

随着下一次数据的发布，DES将提供1亿个星系的透镜数据，而未来的大型综合巡天望远镜(LSST)将在更大的天空区域内观察数十亿个星系。

“我们的研究用实际数据证明，我们可以利用物质分布和伽马射线之间的相关性来了解更多导致伽马射线背景的原因，”Fornengo说。“随着更多的DES数据，LSST即将上线，以及欧几里得太空望远镜等其他项目即将到来，我们将能够更深入地了解潜在的来源。”

然后，科学家们可能能够判断出一些伽马射线辉光是否来自暗物质的自我毁灭。

DES是一个国际项目，来自7个国家25个机构的400多名科学家聚集在一起进行调查。该项目的部分资金由美国能源部科学办公室和国家科学基金会提供。美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜是一个国际性的多机构空间天文台。分析使用了国际LAT合作组织公开发布的费米-LAT数据。