暗物質的新理論可能同時解決幾個宇宙之謎

最大的謎團之一是在一些矮星系中心發現的暗物質濃度驚人地低，以及強引力透鏡效應產生的意想不到的暗物質團塊。儘管這些觀察結果似乎指向相反的方向，但一項新的研究表明它們可能具有相同的基本解釋。

暗物質的新理論

中國科學院紫金山天文台的物理學家提出，暗物質可能不是由單一類型的粒子組成。相反，它可能由不同質量的粒子組成。

他們的新「雙組分自相互作用暗物質」模型至少包括兩種類型的暗物質粒子，一種較重，一種較輕。除了透過重力相互作用之外，這些粒子還可以直接相互碰撞。這些相互作用導致了一個稱為“質量分離”的過程。

簡單來說，較重的暗物質粒子逐漸向星系中心漂移，而較輕的粒子隨著時間的推移而向外擴散。研究人員將這種行為與星團進行了比較，其中最大質量的恆星緩慢向內遷移，而低質量的恆星則遠離中心。

模擬與宇宙觀測相符

透過將高解析度電腦模擬與詳細的理論模型相結合，研究小組發現質量分離自然地再現了許多天文觀測結果。

在矮星系中，該過程產生中心密度相對較低的暗物質核心，這與最近對星系團聚的觀察結果一致。在更大、更複雜的環境中，一些暗物質暈變得更密集，形成能夠形成強引力透鏡的緻密結構。

該模型還增加了小規模引力透鏡效應的可能性。隨著較重的暗物質粒子在關鍵區域積聚，暗物質子結構在增加背景星系的光線方面變得更加有效。這可能有助於解釋為什麼天文學家看到的小規模透鏡事件比傳統模型預測的要強。

更豐富的隱形宇宙圖景

研究人員表示，這些看似矛盾的宇宙學難題可能指向相同的結論。它們不需要尋求單獨的解釋，而是可以反映出暗物質具有比之前想像的更複雜的內部特性。

隨著未來的天空調查和重力透鏡觀測變得更加精確，科學家將有新的機會測試暗物質是否真正由多種成分組成。這些天然的「宇宙放大鏡」可能為這種不可見宇宙的新圖像提供一些最有力的證據。

這些發現是紫金山天文台第二項研究暗物質在兩種成分之間相互作用的研究。他們的第一部作品發表於 物理檢查D研究了質量偏聚如何影響在矮星系中觀察到的暗物質核的廣泛密度。一項新研究發表於 科學通報。研究的作者是 Daneng Yang、Yi-Zhong Fan、Siyuan Hou 和 Yue-Lin Sming Tsai。

紫金山天文台隸屬於中國科學院，是中國領先的暗物質研究中心之一。該研究所在DAMPE（悟空）衛星間接暗物質探測中發揮重要作用，並在天文物理學、宇宙學、暗物質和星系演化方面進行高影響力的研究。