新研究：自相互作用暗物质能解开三大宇宙谜题

IT之家 5 月 7 日消息，新研究表明，一种新型自相互作用暗物质有望解开三个截然不同的宇宙谜题。

首个有望被破解的宇宙谜团，与在 JVAS B1938+666 天体系统中探测到的一团超高密度物质有关。基于广义相对论特殊效应，该天体系统产生了引力透镜效应，观测影像发生明显畸变。第二个谜题，和恒星流 GD-1 中一道肉眼可见的“痕迹”有关，这道痕迹看上去就像有一个致密的隐形天体从中横穿撕裂而过。最后一个谜题，是银河系伴星系天炉座矮星系中天炉座 6 号星团的怪异形成机制；若存在一块致密暗物质区域充当引力陷阱，俘获途经恒星，便能解释该星团的特殊形成过程。

这项新研究认为，倘若暗物质粒子之间能够发生自相互作用，便能同时解释这三种特殊天文现象。

加州大学河滨分校、实验宇宙学与仪器中心的余海波（Hai-Bo Yu，音译）在一份声明中表示：“令人惊叹的是，同一种物理机制，竟能适用于三种完全不同的宇宙场景 —— 遥远深空、银河系内部，以及邻近的卫星矮星系。这些天文观测呈现出的物质密度，都难以用标准模型暗物质理论解释，却能在自相互作用暗物质框架下自然形成。”

但暗物质“自相互作用”究竟意味着什么？为何这一特性会偏离这种神秘物质的经典标准理论图景？

无相互作用暗物质无法解释诸多宇宙谜题

首先，我们快速梳理一下暗物质的本质。

暗物质约占宇宙物质总量的 85%，其质量约为构成恒星、行星、卫星乃至人体的普通物质的 5 倍。科学家证实，暗物质不可能由构成世间万物原子的质子、电子和中子组成，因为这类普通粒子会与光（准确来说是电磁辐射）发生相互作用，而组成暗物质的粒子却不会。

这也意味着暗物质对人类而言几乎完全不可见，人类只能通过其引力效应，以及对普通物质和光线产生的连锁影响来探测它。目前，人类最成熟的宇宙演化理论是宇宙学标准模型，也被称为 Λ 冷暗物质模型（LCDM 模型）。在该模型中，暗物质属于“冷暗物质”：粒子运动速度缓慢，彼此相遇时不会发生碰撞，而是像互不往来的宇宙幽灵一般直接互相穿过，不存在任何相互作用。

与之相对，自相互作用暗物质的粒子之间可以发生碰撞，并交换能量与动量。这类相互作用会引发所谓的引力热坍缩，进而形成致密、紧凑的暗物质核心。

JVAS B1938+666 的黑环和中心圆点呈现出一颗遥远星系经引力透镜畸变后的红外图像。橙色辐射则显示了同一星系系统发出的射电波

余海波解释道：“两者的区别，就像一群互不搭理的路人，和一群不断互相碰撞、来往的人群。在自相互作用暗物质体系中，粒子间的相互作用会彻底重塑暗物质晕的内部结构。具备自相互作用特性的暗物质，能够形成足够高的密度，恰好匹配这些天文观测结果。”

简单来说，自相互作用暗物质能够形成形态特殊的致密暗物质核心，足以解释 JVAS B1938+666 的超高密度物质团、恒星流 GD-1 的怪异痕迹等奇异天文现象；而传统无相互作用暗物质理论则无法做到这一点。余海波补充道：“具备自相互作用的暗物质可以达到足够密度，完美契合各类天文观测数据。”

IT之家注意到，该研究团队的相关成果已于 4 月 9 日发表在《物理评论快报》期刊上。

参考资料：

• https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/txxx-97ln