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。
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