宇宙中约85%的物质由暗物质构成,但这种神秘物质始终难以直接观测。科学家们只能通过其引力效应间接推断其存在,例如星系周围暗物质晕引发的引力透镜现象。然而,传统冷暗物质理论在解释两类极端暗物质晕密度时遭遇困境:大质量椭圆星系中心的高密度晕与超弥散星系的低密度晕,这两种现象均超出理论预测范围。
加州大学河滨分校团队提出新理论,认为暗物质粒子可能通过"暗力"相互作用,形成自相互作用暗物质(SIDM)。这种相互作用机制类似于重子物质通过电磁力、强核力与弱核力产生复杂结构的过程。研究团队基于天文观测数据构建高分辨率宇宙模拟,发现SIDM粒子间的自相互作用会导致热传递现象,使不同星系中心的暗物质晕密度呈现多样化分布——部分晕密度显著高于冷暗物质模型预测,另一些则更低。
该研究核心成员Ethan Nadler解释道:"这种密度差异取决于宇宙演化历史与具体环境条件。就像重子物质在引力作用下形成恒星与星系,暗物质通过'暗力'作用可能产生更复杂的结构。"团队通过模拟证实,SIDM理论能同时解释高密度椭圆星系晕与低密度超弥散星系晕的观测数据,而传统冷暗物质模型仅能覆盖中间密度范围。
研究指出,即将投入使用的詹姆斯·韦伯太空望远镜与鲁宾天文台将带来海量观测数据,为验证SIDM理论提供关键证据。团队成员Daneng Yang强调:"暗物质可能比我们想象的更加活跃多变,这为解开宇宙物质组成之谜开辟了新方向。"相关研究成果已发表于《天体物理学杂志快报》,该研究通过结合人工智能分析与实际观测数据,展示了跨学科研究方法的强大潜力。
目前学界对暗物质本质仍存在多种假说,包括弱相互作用大质量粒子(WIMPs)、轴子等候选体。这项研究通过引入"暗力"概念,为构建更完整的宇宙物质相互作用图景提供了新思路。随着新一代天文观测设备的启用,科学家有望在不久的将来揭开暗物质的神秘面纱。










