宇宙中，一些难以解释的天文现象长期困扰着科学家。近期一项新研究提出，一种具备自相互作用特性的暗物质，或许能同时解开三个迥异的宇宙谜题，为这些难题提供全新视角。
第一个谜题围绕JVAS B1938+666天体系统展开。在该系统中，科学家探测到一团超高密度物质。由于广义相对论的特殊效应，这个天体系统产生了引力透镜现象，导致观测到的影像出现明显畸变。第二个谜题与恒星流GD-1中的一道特殊“痕迹”有关，这道痕迹仿佛是有一个致密的隐形天体从中穿过并将其撕裂。第三个谜题则是银河系伴星系天炉座矮星系中，天炉座6号星团的形成机制十分怪异。科学家推测，若存在一块致密的暗物质区域作为引力陷阱，俘获途经的恒星，或许就能解释该星团的特殊形成过程。
这项新研究认为，若暗物质粒子之间能够发生自相互作用，那么这三种特殊的天文现象便可得到同时解释。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）在相关声明中表示：“令人惊奇的是，同一种物理机制竟能在三种完全不同的宇宙场景中发挥作用，包括遥远深空、银河系内部以及邻近的卫星矮星系。这些天文观测所呈现的物质密度，用标准模型暗物质理论难以解释，但在自相互作用暗物质的框架下却能自然形成。”
要理解自相互作用暗物质，需先了解暗物质的基本性质。暗物质约占宇宙物质总量的85%，其质量约为普通物质（构成恒星、行星、卫星乃至人体的物质）的5倍。科学家确定，暗物质不可能由质子、电子和中子这类构成世间万物的原子组成，因为普通粒子会与光（电磁辐射）发生相互作用，而暗物质粒子不会。这意味着暗物质对人类几乎完全不可见，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，即Λ冷暗物质模型（LCDM模型）。在这个模型中，暗物质属于“冷暗物质”，其粒子运动速度缓慢，彼此相遇时不会碰撞，而是像互不往来的“宇宙幽灵”一样直接穿过，不存在任何相互作用。与之相反，自相互作用暗物质的粒子之间能够发生碰撞，并交换能量与动量。这种相互作用会引发引力热坍缩，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，是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。余海波解释说：“自相互作用暗物质和传统无相互作用暗物质的区别，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，恰好与这些天文观测结果相匹配。”
简单来讲，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。”
据悉，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。
