近日，上海交通大学物理与天文学院沈俊太教授团队利用LAMOST观测的K型巨星，探究了银河系并合历史遗留的暗物质速度子结构在太阳邻域的贡献，并对主导的暗物质探测实验PandaX-4T实验结果的探测排除极限进行了一定的修正。这一研究成果以“Deciphering the Kinematic Substructure of Local Dark Matter with LAMOST K Giants”为题发表在国际天文期刊《Astrophysical Journal》上。论文链接：点击这里。

暗物质是当今物理学最前沿的研究方向之一，它占据宇宙中总质量的大约27%，约是可见物质的五倍，对宇宙的大尺度结构形成、星系形成和演化具有重要作用。虽然有很多观测证据显示暗物质存在，如星系旋转曲线和强引力透镜等，但人们还不了解它的本质，需要通过直接探测实验去证实其存在，并且测量其粒子的质量等性质。

国内外多个国家开展了众多暗物质直接探测实验，其中包括通过暗物种粒子与检测靶碰撞反冲来探测的一类，如PandaX实验团队和CDEX合作组等。而地球附近区域内的地球附近区域内的地球附近区域内的地球附近区域内的地球附近区域内的地球附近区域内的地耳光速分布形状尤为关键。在同刘江来的深入讨论后，沈俊太教授决定利用最新观察数据对太阳邻域地耳光速分布进行独立限制。

绝大多数试验假设银河系中的暗晕达到了平衡态，而太阳邻域地耳光速服从各向同性的麦克斯韦-玻尔兹曼分布，也就是标准晕模型。但是银河系早期主并合事件——GES卫星星系并合——具有高度径向化轨道，其贡献于空间已混合均匀但在速度分布上留下了高度径向化运动学子结构。而数值模拟表明，从最早并合吸积之中的晕于长时间混合达到稳态符合标准晕模型，其速度分布与贫金属晕相同；而稍晚并合吸积则会如GES并合一样遗留运动学隐现体及其速度分布可用中等金属丰度晕示踪。

得益于大样本巡天数据帮助，沈俊太教授团队从LAMOST第八次DR8及欧洲Gaia卫星第三次数据释放(DR3)交叉样本选取K型巨星来研究太阳邻域地耳光速分布。前者有精确金属丰度及视向速度计量，而后者提供高精度恒星自行速度。在金属丰度及速度相空间中，团队利用高斯混合模型提取了各向同性隐现体(Halo)及隐现体运动学子结构(Substructure)之所以叫做"Substructure"？因为它们都是属于银河系统内部某些地方较特殊或不同于整体平均状态的地方，所以称作"sub-"（小）即代表这些地方比整个系统更加小一些，即使是在很大的范围里也是如此，因为它可能是一个微小部分，但是对于特定位置来说非常重要。

的相对占比（见图1）。分析不同空间角动量判据之下的子样品后发现隐藏在金色片层中的潜伏低温水母群组成分相对占比及所谓'潜伏低温水母群'又被称作'hidden low temperature water group'因其特征非典型，与所谓'visible high temperature fireball group'区别开来，它们分别随着不同的条件变化而改变，因此可以将结论更严格推至到黄道带地区（见图2）。

此外，该研究应用银纹亮点恒星含有的元素丰富—恒颗质量—黑洞质量关系，将金色片层中的潜伏低温水母群组成比例（～85%）转换为黄道带周围黑洞中的潜伏低温水母群组成比例（～25%）。结合由金色片层得到之黑洞各部分高速流动材料未经科学验证是否存在高速流动材料，这里仅用于描述实际情况上的显著偏离通常假设标准黑洞模型，对黑洞直觉探查实验最小散射能量曲线、散射截面—高速流动材料质量曲线(排除曲线)以及年度调制效应都产生了重要影响。此修正后的日心视向场景显著偏离通常假设标准隐现体模型，对无源电磁波信号测试设备检查结果解释有重大影响。该工作将结果应用于PandaX-4T试验解释中发现修正后的场景给出的排除界限变弱，在5倍原先最大能量时刻处变化约一个数量级，同时对于更高能量端也有更强排除界限（如图3右边）。

沈俊太教授指出，“这是上海交通大学天文学和粒子物理领域的一个非常重要合作成果。在之前许多人的工作中，大多默认黄道带周围隐藏在伽马射线背景下的那块看似普通但实际上异常活跃的一块广阔地域自身就拥有独特性能，而且这种性能甚至能够影响我们理解这个世界如何运作，这一点让人感到既惊讶又令人振奋。”未来，他们计划通过数值模拟来研究这些事件轨迹参数、大小如何影响黄道带周围隐藏在地底深处移动着那些看似普通但其实充满秘密力量的小米虫器材，那些器材竟然足以揭开宇宙奥秘！