近日，高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）合作組對(duì)超重暗物質(zhì)粒子所產(chǎn)生的高能伽馬射線信號(hào)進(jìn)行搜尋并給出暗物質(zhì)粒子性質(zhì)最嚴(yán)格的限制。該研究成果以Constraints on Ultraheavy Dark Matter Properties from Dwarf Spheroidal Galaxies with LHAASO Observations為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上，并被選為編輯推薦論文。該工作由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員黃曉淵、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員畢效軍、及山東大學(xué)教授祝成光領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)合作完成。暗物質(zhì)是天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的存在于宇宙中的一種不發(fā)光的神秘物質(zhì)，占宇宙中物質(zhì)組成的85%，但暗物質(zhì)粒子至今還沒有被直接探測(cè)到。探測(cè)暗物質(zhì)粒子是當(dāng)前物理學(xué)和天文學(xué)共同關(guān)注的重大課題。在過去20年間，世界上開展了一系列搜尋暗物質(zhì)粒子的大型實(shí)驗(yàn)，集中搜索質(zhì)量在0.1太電子伏特（TeV）附近的暗物質(zhì)。暗物質(zhì)粒子在密度高的地方可以相互碰撞并湮滅產(chǎn)生出伽馬射線，通過研究這些伽馬射線就能夠發(fā)現(xiàn)并確定暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)。LHAASO實(shí)驗(yàn)對(duì)高能伽馬射線具有極強(qiáng)的探測(cè)能力，從而對(duì)超重暗物質(zhì)粒子產(chǎn)生的信號(hào)有非常高的靈敏度，并能覆蓋從一到一百萬太電子伏特非常寬廣的質(zhì)量范圍。矮橢球星系是被銀河系引力所束縛的小星系，也稱為衛(wèi)星星系，普通物質(zhì)含量少，天體活動(dòng)非常微弱，其主要成分由暗物質(zhì)組成，是搜尋暗物質(zhì)信號(hào)的理想對(duì)象。此次研究利用LHAASO數(shù)據(jù)搜尋來自銀河系16個(gè)矮橢球星系的暗物質(zhì)湮滅所產(chǎn)生的高能伽馬射線信號(hào)。LHAASO雖沒有發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)所產(chǎn)生的顯著信號(hào)，但對(duì)質(zhì)量大于約10 TeV的暗物質(zhì)粒子屬性給出了最強(qiáng)限制。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和江蘇省等的支持。論文鏈接LHAASO的觀測(cè)結(jié)果排除了黑線以上的暗物質(zhì)湮滅反應(yīng)截面，換句話說，如果暗物質(zhì)存在的話，其湮滅的幾率一定要小于黑線所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。橫坐標(biāo)代表暗物質(zhì)質(zhì)量，縱坐標(biāo)代表暗物質(zhì)湮滅產(chǎn)生伽馬射線的反應(yīng)截面，也就是湮滅的幾率。不同顏色的虛線是其他實(shí)驗(yàn)給出的限制，可見LHAASO在高質(zhì)量區(qū)給出了最強(qiáng)限制。左圖和右圖分別給出了兩個(gè)代表性的暗物質(zhì)粒子的湮滅的反應(yīng)過程的分析結(jié)果。