​“暗力”理論——暗物質的新理論：暗力和暗物質暈的熱傳遞

一種新的理論認爲，暗物質是由強相互作用的粒子組成的，它們通過一種所謂的“暗力”相互作用。如果這是真的，這可能最終解釋了我們在環繞星系的暗物質暈中看到的極端密度。

存在一種被稱爲自相互作用暗物質（SIDM）的粒子，它是冷暗物質理論的一種替代方案。冷暗物質理論是一種宇宙學模型，它認爲宇宙中有一種看不見的物質，它只與引力相互作用，而不與電磁輻射或其他物質相互作用。這種物質的速度很低，因此被稱爲冷暗物質。冷暗物質理論可以解釋宇宙的大尺度結構，以及星系的形成和自轉。

冷暗物質理論認爲，這種難以捉摸的物質是由質量巨大、運動緩慢（因而冷）、弱相互作用的粒子組成的，這些粒子不會發生碰撞。冷暗物質模型的問題在於，它們難以解釋圍繞所謂的暗物質暈的兩個謎團。

第一個是一個巨大橢圓星系中的高密度暗物質暈。這個暗物質暈是通過強引力透鏡效應的觀測發現的，它的密度如此之高，以至於在占主導地位的冷暗物質理論中極不可能出現

第二個是超擴散星系的暗物質暈具有極低的密度，它們很難用冷暗物質理論來解釋，超擴散星系是一種黯淡的、密度極低的星系。它們的恆星分散在一個巨大的區域內，因此恆星表面亮度極低，很難被發現。超擴散星系的形成機制和暗物質暈的性質還不清楚，有些研究認爲它們是由暗物質的自相互作用或星系團的潮汐效應造成的。目前，已知的大多數超擴散星系都隱藏在更大、更明亮的星系團中，但也有一些孤立的超擴散星系被發現。

暗物質給科學家帶來了一個重大的難題，因爲儘管它佔據了宇宙物質的約85%，但它不與光相互作用，因此對我們來說幾乎是看不見的。這告訴研究人員，暗物質不可能只是由電子、質子和中子組成的物質的看不見的聚集體——所謂的重子物質，它包括了恆星、行星、我們的身體以及我們在日常生活中看到的幾乎所有東西。

事實上，研究人員能夠推斷出暗物質的存在的唯一方式，就是因爲它有質量，因此與引力相互作用。這種效應可以被我們確實能夠看到的重子物質和光“感覺”到。

更具體地說，當光從背景源穿過這些被暗物質包裹的星系時，物質對時空的影響使光的路徑偏轉，從而使背景源看起來“移動”到空間中的新位置。

這種效應被稱爲引力透鏡，它是科學家最初確定大多數，如果不是所有，星系都被暗物質暈包圍的原因。而且，這些暈被認爲遠遠超出了那些星系可見物質對象的極限，比如恆星、氣體和塵埃。

引力透鏡還讓天文學家能夠測量暗物質暈的密度。密度更高的暈會產生比超擴散星系周圍密度較低的暈更強的透鏡效應。然而，研究人員一直難以解釋暗物質暈密度的極端情況。

爲了解決這個謎題，物理學家們構建了一個基於實際天文觀測的宇宙結構的高分辨率模型來模擬。

他們在這些模擬中考慮了與強引力透鏡暈和超擴散星系相關的質量尺度上的強暗物質自相互作用。

這些自相互作用導致了暈內的熱傳遞，使得星系中心區域的暈密度多樣化，換句話說，一些暈的中心密度更高，而另一些暈的中心密度更低，與它們的冷暗物質對應物相比，具體情況取決於個別暈的宇宙演化歷史和環境。

該團隊得出結論，通過“暗力”相互作用的SIDM，就像重子粒子通過電磁力和強弱核力相互作用一樣，可以提供一個冷暗物質理論無法提供的解決方案。

暗力是一種假設的力，它是一種暗物質之間的相互作用力，暗力的存在可能可以解釋一些暗物質的奇怪現象，比如星系暈的密度極端差異和暗物質的自相互作用。

暗力的性質和來源還不清楚，有些研究認爲它類似於電磁力或者強弱核力，有些研究認爲它是一種全新的力。 暗力的探測和驗證非常困難，需要藉助高精度的天文觀測和粒子物理實驗。

冷暗物質難以解釋前面介紹的這些謎團。SIDM可以說是調和兩個相反極端的有力候選者，現在有一個有趣的可能性，那就是暗物質可能比我們預期的更復雜和活躍。該團隊認爲，他們的研究也提供了一個分析力量的例子，它將不斷細化的宇宙真實觀測與日益增長的人工智能結合起來。

物理學家們希望他們的工作能夠鼓勵更多的研究在這個有前途的研究領域，這將是一個非常及時的發展，考慮到未來不久將有大量的數據從天文觀測臺涌入，包括詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和即將到來的魯賓天文臺。