暗物质通常被描述为一种仅对引力作出反应的看不见物质。但科学家们现在正在探索一种更复杂的可能性：暗物质粒子可能还通过它们自己的隐藏力量进行相互作用。 《宇宙学与粒子物理学杂志》(JCAP)中的一项新研究考察了如果暗物质经历一种额外的吸引力会发生什么。结果出乎意料地反直觉。尽管这股力量使暗物质更有效地聚集，但它通常不会加速宇宙结构的增长。相反，它往往减缓这种增长。 科学家们为何考虑暗力量 随着对宇宙的高度精确观察所产生的结果并不总是完全一致，人们对可能的“暗力量”的兴趣增加了。宇宙膨胀的测量以及星系和其他大结构的发展，有时似乎讲述了略微不同的故事。对遥远宇宙的一些观察表明，与标准宇宙学模型的预测相比，过去的膨胀可能进行得稍微慢一些。同时，宇宙微波背景的研究长期以来暗示，宇宙中物质在最大尺度上可能比预期更紧密聚集。这些差异相对较小，但它们促使科学家们思考标准宇宙学模型是否遗漏了一个重要成分。一种可能性是，暗物质粒子感受到一种普通物质无法探测到的额外力量。由于这种相互作用仅在暗物质领域内部发生，研究人员将其称为“暗力量”。这样的相互作用可能会影响宇宙的膨胀以及星系和更大宇宙结构的形成。 “我们目前了解的关于暗物质的知识仅通过其引力效应获得，”理论物理学前沿研究所的研究员、该研究的通讯作者扎卡里·韦纳(Zachary Weiner)表示。“这使得暗物质可能存在一些普通物质无法看到的额外相互作用。” 测试超出引力的力量 研究团队研究了一组理论模型，其中暗物质粒子通过一种除引力外的长程力量进行相互作用。利用理论计算和宇宙学数据，科学家们研究了这种隐藏相互作用将如何影响宇宙膨胀的历史和大规模结构的增长。起初，预期的结果似乎是简单明了的。如果暗物质粒子通过另一种力量相互吸引，它们应该更快地聚集成团。这样的强聚集也可能解释观察结果，表明宇宙中包含比预测更密集的结构。“首先你会期待的是，给予暗物质额外的吸引力应该使结构更快地增长，”韦纳说道。“但另一个效应同时发生。” 对宇宙增长的惊人影响 在研究人员考察的模型中，额外的力量确实使暗物质更有效地聚集。然而，随着宇宙的膨胀，它也改变了暗物质的行为。同样的过程使暗物质粒子随时间有效地失去质量。这种减少削弱了它们的引力影响，从而抵消了隐藏力量带来的更强吸引力。因此，增强的聚集并不会在宇宙微波背景上留下更强的引力印记。在大多数情况下，综合效应实际上抑制了宇宙结构的增长。 对DESI和暗能量模型的影响 这些发现可能对超出暗物质本身的理论有影响。对于来自暗能量光谱仪(DESI)的近期测量提出的一些解释涉及暗物质粒子之间的类似相互作用。研究人员表示，新识别的机制可能会影响许多这些更复杂的模型。任何涉及隐藏吸引力的理论可能需要考虑暗物质在宇宙演化时变得有效更轻的可能性。来自即将上线的天文台和宇宙调查的更精确测量，可以帮助科学家们确定暗物质可能拥有的隐藏相互作用以及观察结果能够排除的可能性。 “宇宙往往比我们的直觉更微妙，”韦纳说。“这正是我们必须不断测试这些想法的原因。”