“暗力”理论——暗物质的新理论：暗力和暗物质晕的热传递

雨落润田

一种新的理论认为，暗物质是由强相互作用的粒子组成的，它们通过一种所谓的“暗力”相互作用。如果这是真的，这可能最终解释了我们在环绕星系的暗物质晕中看到的极端密度。

存在一种被称为自相互作用暗物质（SIDM）的粒子，它是冷暗物质理论的一种替代方案。冷暗物质理论是一种宇宙学模型，它认为宇宙中有一种看不见的物质，它只与引力相互作用，而不与电磁辐射或其他物质相互作用。这种物质的速度很低，因此被称为冷暗物质。冷暗物质理论可以解释宇宙的大尺度结构，以及星系的形成和自转。

冷暗物质理论认为，这种难以捉摸的物质是由质量巨大、运动缓慢（因而冷）、弱相互作用的粒子组成的，这些粒子不会发生碰撞。冷暗物质模型的问题在于，它们难以解释围绕所谓的暗物质晕的两个谜团。

第一个是一个巨大椭圆星系中的高密度暗物质晕。这个暗物质晕是通过强引力透镜效应的观测发现的，它的密度如此之高，以至于在占主导地位的冷暗物质理论中极不可能出现

第二个是超扩散星系的暗物质晕具有极低的密度，它们很难用冷暗物质理论来解释，超扩散星系是一种黯淡的、密度极低的星系。它们的恒星分散在一个巨大的区域内，因此恒星表面亮度极低，很难被发现。超扩散星系的形成机制和暗物质晕的性质还不清楚，有些研究认为它们是由暗物质的自相互作用或星系团的潮汐效应造成的。目前，已知的大多数超扩散星系都隐藏在更大、更明亮的星系团中，但也有一些孤立的超扩散星系被发现。

暗物质给科学家带来了一个重大的难题，因为尽管它占据了宇宙物质的约85%，但它不与光相互作用，因此对我们来说几乎是看不见的。这告诉研究人员，暗物质不可能只是由电子、质子和中子组成的物质的看不见的聚集体——所谓的重子物质，它包括了恒星、行星、我们的身体以及我们在日常生活中看到的几乎所有东西。

事实上，研究人员能够推断出暗物质的存在的唯一方式，就是因为它有质量，因此与引力相互作用。这种效应可以被我们确实能够看到的重子物质和光“感觉”到。

更具体地说，当光从背景源穿过这些被暗物质包裹的星系时，物质对时空的影响使光的路径偏转，从而使背景源看起来“移动”到空间中的新位置。

这种效应被称为引力透镜，它是科学家最初确定大多数，如果不是所有，星系都被暗物质晕包围的原因。而且，这些晕被认为远远超出了那些星系可见物质对象的极限，比如恒星、气体和尘埃。

引力透镜还让天文学家能够测量暗物质晕的密度。密度更高的晕会产生比超扩散星系周围密度较低的晕更强的透镜效应。然而，研究人员一直难以解释暗物质晕密度的极端情况。

为了解决这个谜题，物理学家们构建了一个基于实际天文观测的宇宙结构的高分辨率模型来模拟。

他们在这些模拟中考虑了与强引力透镜晕和超扩散星系相关的质量尺度上的强暗物质自相互作用。

这些自相互作用导致了晕内的热传递，使得星系中心区域的晕密度多样化，换句话说，一些晕的中心密度更高，而另一些晕的中心密度更低，与它们的冷暗物质对应物相比，具体情况取决于个别晕的宇宙演化历史和环境。

该团队得出结论，通过“暗力”相互作用的SIDM，就像重子粒子通过电磁力和强弱核力相互作用一样，可以提供一个冷暗物质理论无法提供的解决方案。

暗力是一种假设的力，它是一种暗物质之间的相互作用力，暗力的存在可能可以解释一些暗物质的奇怪现象，比如星系晕的密度极端差异和暗物质的自相互作用。

暗力的性质和来源还不清楚，有些研究认为它类似于电磁力或者强弱核力，有些研究认为它是一种全新的力。 暗力的探测和验证非常困难，需要借助高精度的天文观测和粒子物理实验。

冷暗物质难以解释前面介绍的这些谜团。SIDM可以说是调和两个相反极端的有力候选者，现在有一个有趣的可能性，那就是暗物质可能比我们预期的更复杂和活跃。该团队认为，他们的研究也提供了一个分析力量的例子，它将不断细化的宇宙真实观测与日益增长的人工智能结合起来。

物理学家们希望他们的工作能够鼓励更多的研究在这个有前途的研究领域，这将是一个非常及时的发展，考虑到未来不久将有大量的数据从天文观测台涌入，包括詹姆斯·韦伯太空望远镜和即将到来的鲁宾天文台。