费米眼中的130 GeV湮灭线
根据现有的认识，宇宙中的普通物质只占极少数，其他都是暗物质形式存在的，而暗物质又以弱相互作用大质量粒子也就是WIMP为主导。若要寻找暗物质的踪迹，除了通过引力间接推测之外，另一条主要渠道就是借助理论预言的WIMP粒子特殊性质——自我湮灭了。
有理论认为，WIMP本身就是自己的反物质，所以在彼此相撞时会发生湮灭，产生一对标准模型粒子。这标准模型粒子可以是带电粒子，它们会贡献给宇宙线；也可以是高能伽玛光子。另一种渠道是暗物质粒子湮灭产生一对中间态粒子，这对粒子再衰变成两对轻子。由于带电粒子飞行路径受磁场影响较大，难以探明源头，可以直线传播的伽玛光子对于暗物质的搜索工作来说尤其重要。更进一步，伽玛射线观测还能够提供能谱信息。如果是两个暗物质湮灭，产物应是单色伽玛谱线，在连续的背景之上尤为突出。虽然在大多数情况下谱线辐射可能受抑制而不会很明显，但很多过程同样也能够增强它的流量，因此就有可能利用现有手段探测到暗物质湮灭线的踪迹。谱线辐射以外，暗物质湮灭还会伴随内部轫致辐射产生的连续谱。
在银河系内，由于引力作用，暗物质应该沉降集中到银心区域，所以如果现有理论正确，银心处的湮灭信号应该最为明显。实际上之前确实有人将集中于银心的正负电子511 keV湮灭线归结为暗物质湮灭：暗物质湮灭产生了大量正电子，这些正电子再与负电子湮灭，形成了所见的511 keV辐射。不过此说现在也是疑云重重，前文《暗域来讯？》对此有所涉及，此处不再赘述。至于暗物质湮灭本身，早在康普顿时代，就有过搜索暗物质湮灭线的尝试了，不过并没有得到确切的结论。在费米伽玛射线空间望远镜升空运转之后，类似的搜索也一直没有停止。
银心处的正电子云分布。（图片提供：D. D. Dixon & W. R. Purcell）
除了可以证实暗物质的存在之外，搜索湮灭线还有另一重意义，也就是限制湮灭反应的截面大小进而限制WIMP粒子的。由于暗物质本身的性质就是未知数，其湮灭渠道如上所述也是众说纷纭，常规手段极难确定，如果能够确切找到湮灭线存在的证据，根据其能谱和强度应该能够给出对理论的约束。
今年有若干小组陆续汇报了利用费米望远镜的数据搜索暗物质湮灭信号的结果，且都得出了正面的结论。考虑关于暗物质在银河系中的分布方式有多种说法，这样的工作要考虑若干种模型，比如暗物质密度与半径成负指数关系的Einasto模型，还有与半径若干次方相关的Navarro-Frenk-White模型或是等温模型等，然后在此基础上根据信噪比来选择搜索谱线的天区。下图出自Weniger (2012)，左侧是根据5种不同的暗物质分布模型得出的待测天区（以黑线表示）和信噪比分布，右侧是相应天区的伽玛射线辐射能谱：
图片来源：Weniger (2012)
谱线搜索是在20到300 GeV的能段内进行的，最后在130 GeV附近找到了可能的湮灭线，具体的能量依所用数据组不同而略有区别。具体搜索方法讲起来有些复杂，也过于技术化，不在本文讨论范围之内。不过从上图不难看出，所谓湮灭线，即使存在，其强度也很弱，几乎埋在了背景光中。但当下的工作给出的置信度都不算太低，Weniger (2012)给出结果是4.6 σ，修正了所谓look-elsewhere效应之后结果是3.2 σ，稍后发表的Tempel, Hektora & Raidala (2012)结果也差不多，是4.5 σ。当然如果以实验物理界5 σ确认发现的标准来作要求还是不达标，不过在天文领域，这样的置信度已然不错了。
130 GeV湮灭线的形态示例，图中带误差棒的黑点表示观测数据，红线表示考虑暗物质湮灭之后的拟合结果，绿线表示不考虑湮灭线的结果，蓝色虚线表示湮灭线本身的形态。（图片来源：Weniger 2012）
这条谱线基本只在银心方向集中，而与其他天区包括费米发现的泡状辐射区都没有关联。Tempel, Hektora & Raidala (2012)给出的限制更强，认为这条谱线只能用尖峰来拟合，不能用更平缓的函数来解释，因此也就不太可能与已知的其他天文过程挂钩，只倾向于通过暗物质粒子二体湮灭直接形成光子的过程产生。不过具体线宽由于受限于仪器，还不能很好地确定。
如果这条130 GeV的谱线确实起源于WIMP湮灭，新的问题又来了：根据它推算出的湮灭截面要比现有理论的预言大上数个量级。不过这里还存在又一个不确定因素：当前的暗物质分布模型都不能很好地描述银河系最中心区域的情况，所以暗物质密度的不确定可能会影响截面的计算结果。此外湮灭截面也确实有可能通过某些渠道增大，不过本人对这些新物理相关的东西迷迷糊糊，所以干脆就不提了。
需要注意的是，当前只能说130 GeV湮灭线极可能存在，但是因为现有工作都只是基于费米望远镜的公开数据，其中可能并没有完全考虑所有的仪器误差，而且当前数据积累有限，一来统计波动大，二来用其分析能谱或辐射分布只能得出初步结论，所以谱线乃至暗物质存在的最后确认还有待时日。
两篇相关文献：
[1] Weniger (2012)
[2] Tempel, Hektora & Raidala (2012)
