暗物质长期以来一直是天文学最大的谜团之一。它既不可见也无法触摸，但它的引力影响有助于塑造星系和宇宙的大尺度结构。数十年来，科学家们依赖于“冷暗物质”模型来解释星系是如何形成和演化的。然而，随着望远镜和观测变得更加精确，研究人员发现了标准模型难以解释的几种令人困惑的特征。其中最大的一些谜团是，在一些矮星系的中心发现的暗物质浓度出乎意料地低，以及通过强引力透镜推断出的意外密集的暗物质团块。尽管这些观察似乎指向相反的方向，但一项新的研究表明它们可能有相同的基本解释。一种新的暗物质理论 中国科学院紫金山天文台的物理学家提出，暗物质可能并不由单一类型的粒子组成。相反，它可能由不同质量的粒子构成。他们的新“两个成分自相互作用的暗物质”模型包括至少两种暗物质粒子，一种较重，另一种较轻。除了通过引力相互作用外，这些粒子还可以直接相互碰撞。这些相互作用导致了“质量分离”过程。简单来说，较重的暗物质粒子逐渐向星系中心漂移，而较轻的粒子随着时间的推移向外扩散。研究人员将这种行为与星团进行比较，最重的恒星缓慢向内迁移，而质量较低的恒星则远离中心。模拟匹配宇宙观察 使用高分辨率计算机模拟与详尽的理论建模相结合，研究团队发现质量分离自然地再现了广泛的天文观测。在矮星系中，这一过程产生了相对低中央密度的暗物质核心，与最近的星系聚集观测相匹配。在更大和更复杂的环境中，一些暗物质晕变得越来越紧凑，产生了能够生成强引力透镜的致密结构。该模型还提高了小规模引力透镜事件的可能性。随着较重的暗物质粒子在关键区域的积聚，暗物质子结构在放大远处背景星系的光芒方面变得更加有效。这可能有助于解释为什么天文学家观察到的小规模强透镜事件比传统模型预测的要多。不可见宇宙的丰富画面 研究人员表示，这些表面上矛盾的宇宙学难题实际上可能指向同一个结论。它们不需要单独的解释，而是可能都反映了暗物质的内部性质比之前认为的要复杂。随着未来的天空调查和引力透镜观测变得更加精确，科学家们将有新的机会来检验暗物质是否确实由多种成分组成。这些自然的“宇宙放大镜”可能为这个不可见宇宙的新图景提供最有力的证据。这些研究结果是紫金山天文台团队探索两个成分自相互作用暗物质的第二项研究。他们早期的工作发表于《物理评论D》，研究了质量分离如何影响在矮星系中观察到的广泛暗物质核心密度。新研究发表在《科学通报》上。该研究的作者是杨达能、范易忠、侯思源和蔡月霖。紫金山天文台是中国科学院的一部分，是中国领先的暗物质研究中心之一。该机构通过DAMPE（悟空）卫星在暗物质间接探测方面发挥重要作用，并在天体物理学、宇宙学、暗物质和星系演化方面进行有影响力的研究。