新暗物质理论解释了天体物理学中的两个难题

暗物质被认为占宇宙物质的85%，但它不发光，其本质尚不清楚。虽然正常物质会吸收、反射和发射光，但暗物质无法直接看到，因此更难被探测到。

一种称为“自相互作用暗物质”(SIDM)的理论提出，暗物质粒子通过暗力进行自相互作用，在靠近星系中心的地方相互强烈碰撞。

加州大学河滨分校物理学和天文学教授于海波领导的研究小组在《天体物理学快报》上发表的研究报告中指出，SIDM可以同时解释两个极端的天体物理学难题。

“第一个是巨大椭圆星系中的高密度暗物质晕，”于说。“光环是通过强引力透镜的观测发现的，它的密度如此之高，以至于在流行的冷暗物质理论中极不可能出现。二是超弥散星系的暗物质晕密度极低，很难用冷暗物质理论来解释。”

暗物质晕是渗透并包围一个星系或星系团的不可见物质的晕。当从遥远星系穿越宇宙的光线在大质量物体周围弯曲时，就会发生引力透镜效应。冷暗物质(CDM)范式/理论假设暗物质粒子是无碰撞的。顾名思义，超漫射星系的光度极低，其恒星和气体的分布是分散的。

卡内基天文台和南加州大学联合博士后研究员伊森·纳德勒(EthanNadler)和加州大学河滨分校博士后学者杨达能(DanengYang)也参与了这项研究。

为了证明SIDM可以解释这两个天体物理学难题，该团队首次对强透镜晕和超漫射星系的相关质量尺度上具有强暗物质自相互作用的宇宙结构形成进行了高分辨率模拟。

纳德勒说：“这些自相互作用导致晕圈中的热传递，从而使星系中心区域的晕圈密度多样化。”“换句话说，与CDM对应物相比，一些光环具有更高的中心密度，而另一些光环的中心密度较低，具体细节取决于各个光环的宇宙演化历史和环境。”

该团队表示，这两个难题对标准CDM范式构成了巨大的挑战。

“清洁发展机制面临着解释这些难题的挑战，”杨说。“SIDM可以说是调和两个相反极端的令人信服的候选人。文献中没有其他可用的解释。现在有一个有趣的可能性，即暗物质可能比我们预期的更加复杂和充满活力。”

该研究还展示了利用宇宙结构形成的计算机模拟工具通过天体物理观测探测暗物质的力量。

“我们希望我们的工作能够鼓励在这个有前途的研究领域进行更多的研究，”于说。“鉴于预计在不久的将来来自天文观测站(包括詹姆斯·韦伯太空望远镜和即将建成的鲁宾天文台)的数据将大量涌入，这将是一个特别及时的发展。”

自2009年左右以来，Yu和合作者的工作帮助SIDM在粒子物理学和天体物理学界得到了普及。