“黑暗力量”理论可以解决两个宇宙未解之谜

银河系周围暗物质晕的插图。(图片鸣谢:uux.cn/ESO/L calada)

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（罗伯特·李）：一种新的理论认为暗物质是由粒子组成的，这些粒子通过所谓的“黑暗力”相互强烈作用。如果是真的，这可能最终解释了我们在星系周围的暗物质晕中看到的极端密度。

被称为自相互作用暗物质(SIDM)的粒子的存在是冷暗物质理论的替代物，冷暗物质理论认为这种难以捉摸的物质是由大量缓慢移动(因此是冷的)，相互作用弱的粒子组成，这些粒子不会碰撞。这些冷暗物质模型的问题在于，它们难以解释围绕着暗物质晕的两个谜题。

“第一个是大质量椭圆星系中的高密度暗物质晕。该光环是通过对强引力透镜的观测发现的，它的密度如此之高，以至于在流行的冷暗物质理论中这是极不可能的，”团队负责人、加州大学河滨分校物理学和天文学教授于海波在一份声明中说。

“第二，”他继续说道，“超扩散星系的暗物质晕密度极低，它们很难用冷暗物质理论来解释。”

暗物质给科学家们带来了一个重大难题，因为尽管暗物质占宇宙中物质的85%，但它不与光相互作用，因此我们几乎看不到它。这告诉研究人员，暗物质不仅仅是由电子、质子和中子组成的看不见的物质集合体——所谓的重子物质，包括恒星、行星、我们的身体和我们日常看到的几乎所有东西。不，暗物质一定是由别的东西构成的。

事实上，研究人员能够推断暗物质存在的唯一方法是因为它有质量，因此与引力相互作用。这种效应可以被我们确实能看到的重子物质和光“感觉到”,天文学家肯定能观察到。

更具体地说，当光从背景光源穿过这些被暗物质包裹的星系时，物质对空间结构的影响会转移光的路径，进而使背景光源看起来“转移”到空间的新位置。

这种效应被称为引力透镜效应，它最初让科学家们能够确定大多数(如果不是全部)星系首先被暗物质晕所包围。这些光环被认为远远超出了那些星系的可见物质物体如恒星、气体和尘埃的界限。引力透镜也允许天文学家测量暗物质晕的密度。与超扩散星系周围密度较低的晕圈相比，密度较高的晕圈造成了更强的透镜效应，超扩散星系是具有分散气体和恒星的低亮度星系。然而，研究人员一直难以解释暗物质晕密度的极端情况。

为了解决这个难题，余和他的同事，包括南加州大学的博士后研究人员Ethan Nadler和Daneng Yang，基于实际的天文观测构建了高分辨率的宇宙结构模拟。

他们在这些模拟中考虑了与强透镜晕和超扩散星系相关的大规模强暗物质自我相互作用。

“这些自我相互作用导致晕中的热传递，这使星系中心区域的晕密度多样化，”纳德勒解释说。“换句话说，与冷暗物质相比，一些晕圈的中心密度较高，而另一些晕圈的中心密度较低，细节取决于宇宙演化历史和各个晕圈的环境。”

该团队得出结论，SIDM通过“黑暗力”相互作用，就像重子粒子通过电磁力和强弱核力相互作用一样，可以提供冷暗物质理论无法提供的解决方案。

“冷暗物质面临着解释这些谜题的挑战。可以说，是调和这两个极端的令人信服的候选人，”杨补充说。“现在有一种有趣的可能性，暗物质可能比我们预期的更复杂、更活跃。”

该团队认为，他们的研究还提供了一个例子，说明了联合对宇宙的真实观察的分析能力，随着人工智能的蓬勃发展，每一代新一代望远镜的细节都在增长。

“我们希望我们的工作鼓励在这个有前途的研究领域进行更多的研究，”于说。“这将是一个特别及时的发展，因为预计在不久的将来会有来自天文观测站的数据流入，包括詹姆斯·韦伯太空望远镜和即将到来的鲁宾天文台。”

该小组的研究发表在11月的天体物理学杂志《快报》上。