暗物质在新的宇宙测试中表现得“出奇地正常”

暗物质可能是看不见的，但科学家们正逐渐接近理解它是否遵循与我们能看到的一切相同的规则。通过将星系在宇宙重力井中的运动与其深度进行比较，研究人员发现暗物质似乎行为类似于普通物质，遵守熟悉的物理定律。然而，存在一个隐藏的第五种力量的可能性仍然存在，这种力量必须非常弱，以至于到目前为止一直未被检测到。

暗物质是否按照适用于普通物质的物理规律行事？这个问题仍然是现代宇宙学中的一个主要谜题，因为这种看不见的形式的物质（既不发射也不反射任何光线）仍然是一种假设，并且直接研究它极其困难。

来自日内瓦大学（UNIGE）及其合作机构的研究人员试图确定暗物质在宏观尺度上是否表现出熟悉的行为，或者是否存在其他力可能会影响它。他们的研究成果发表在《自然通讯》杂志上，表明暗物质似乎行为与普通物质非常相似，尽管他们目前还不能排除存在额外未知相互作用的可能性。由于人们认为暗物质是普通物质的五倍多。

普通物质受到四种已知的基本力的影响：重力、电磁力以及原子内的强相互作用和弱相互作用。问题在于暗物质是否对这组相同的力作出反应。尽管暗物质是看不见的且难以检测，但它可能仍然遵循这些熟悉的定律，或者可能受科学家尚未识别出的第五种力的影响。

UNIGE 领导的研究团队检查了暗物质是否像普通物质一样在宇宙尺度上落入重力井中。巨大物体会扭曲空间结构形成这些井。根据包括爱因斯坦广义相对论和欧拉方程在内的已确立的物理原理，普通物质——行星、恒星和星系——会落入其中。

研究团队想知道暗物质是否以同样的可预测方式行为。“为了回答这个问题，我们比较了宇宙中不同星系的速度与重力井的深度，”。UNIGE 理学院理论物理系副教授、该研究的合著者卡米尔·邦万 （Camille Bonvin） 解释道。

“如果暗物质不受第五种力的影响，那么主要由暗物质构成的星系将像仅受重力支配的普通物质一样落入这些井中。另一方面，如果第五种力作用于暗物质，它将影响星系的运动，从而使星系以不同的方式落入井中。”

通过比较井的深度与星系的速度，我们可以测试是否存在这样一种力量。“暗物质似乎遵循欧拉方程使用这种方法对现代宇宙学数据进行研究，研究人员发现暗物质进入引力井的方式与普通物质一致，这意味着它符合欧拉方程的要求。然而，在此阶段，这些结论尚未排除未知力的存在。”

但若存在这样的第五种力量，它不能超过重力的7%——否则已经在我们的分析中显现出来了，“第一作者、日内瓦大学科学学院理论物理系前博士后研究员Nastassia Grimm说道，她最近加入了朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所。新物理学搜索下一步何为这些初步发现代表了细化我们对暗物质理解的重要一步。

下一个关键目标是确定这种微妙的第五种力量是否确实影响它。“来自最新实验（如LSST和DESI）的即将来临的数据将能够检测到弱至重力2%的力量，因此应该使我们更深入地了解暗物质的行为。”朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所研究员、ICEX-CSIC和IEEC成员以及图卢兹Midi-Pyrénées天文台IRAP助理教授Isaac Tutusaus总结道。

文中核心信息奇奇参考自论文 “比较暗物质和标准模型粒子在宇宙学尺度上的运动”（自然通讯，2025 年），本内容在此相关信息基础上编撰而成，其中配图，未标注出处者，均为自制或公开图库素材。