新暗物質理論解釋了天體物理學中的兩個難題 。信用:Pixabay/CC0公共領域
據加州大學河濱分校（伊克巴爾·皮塔爾瓦拉）：暗物質被認為構成了宇宙中85%的物質，它是不發光的，其性質還沒有被很好地了解 。雖然正常物質會吸收、反射和發射光線，但暗物質無法直接看到，因此更難檢測 。一種被稱為“自我相互作用暗物質” ， 或SIDM的理論提出，暗物質粒子通過一種黑暗力進行自我相互作用，在星系中心附近相互強烈碰撞 。
加州大學河濱分校物理學和天文學教授于海波領導的研究小組在發表于《天體物理學雜志快報》的工作中報告說，SIDM可以同時解釋兩個相反極端的天體物理學難題 。
“第一個是大質量橢圓星系中的高密度暗物質暈，”于說 。“這個光環是通過對強引力透鏡的觀測發現的，它的密度如此之高，以至于在流行的冷暗物質理論中這是極其不可能的 。第二，超擴散星系的暗物質暈密度極低，很難用冷暗物質理論來解釋 。”
暗物質暈是彌漫在一個星系或星系團周圍的不可見物質的暈 。當從遙遠星系穿越宇宙的光線在大質量物體周圍彎曲時，引力透鏡就發生了 。冷暗物質，或CDM，范式/理論假設暗物質粒子是無碰撞的 。顧名思義，超擴散星系具有極低的光度，其恒星和氣體的分布是分散的 。
俞和伊森·納德勒(Ethan Nadler)一起參加了這項研究，他是卡耐基天文臺和南加州大學的聯合博士后研究員 ， 他和達能·楊(Daneng Yang)是的博士后學者 。
為了證明SIDM可以解釋這兩個天體物理學難題，該團隊對強透鏡暈和超擴散星系進行了第一次高分辨率的宇宙結構形成模擬，其中強暗物質在相關質量尺度上進行自我相互作用 。
納德勒說:“這些自我相互作用導致光暈中的熱傳遞，這使星系中心區域的光暈密度多樣化 。”“換句話說，與它們的CDM對應物相比，一些暈的中心密度較高 ， 而另一些暈的中心密度較低，細節取決于宇宙演化歷史和各個暈的環境 。”
據該團隊稱，這兩個難題給標準CDM范式帶來了巨大的挑戰 。
“清潔發展機制面臨著解釋這些難題的挑戰，”楊說 。“SIDM可以說是調和這兩個對立極端的令人信服的候選人 。文獻中沒有其他解釋 。現在有一種有趣的可能性，暗物質可能比我們預期的更復雜，更活躍 。”
這項研究還展示了通過天體物理觀測，用計算機模擬宇宙結構形成的工具來探測暗物質的力量 。
“我們希望我們的工作鼓勵在這個有前途的研究領域進行更多的研究 ， ”于說 。“這將是一個特別及時的發展，因為預計在不久的將來會有來自天文觀測站的數據流入，包括詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和即將到來的魯賓天文臺 。”
大約從2009年開始，于和他的合作者們的工作已經幫助在粒子物理和天體物理社區普及了SIDM 。

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