暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
星系形成模擬圖，當時的宇宙在10億歲左右。根據最被廣泛認可的暗物質模型，暗物質只通過引力與其它物質或輻射發生交互。這個模型被稱之為冷暗物質（CDM）模型。冷暗物質模型通常結合暗能量理論，也就是所說的LCDM宇宙學模型，其中的L代表暗能量理論。
研究論文主執筆人、哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家索納克·伯瑟指出：“冷暗物質模型是一個久經考驗的熱門模型。這主要是因為過去40年，科學家一直在利用冷暗物質進行預測，冷暗物質模型已成為一個標準範式。預測結果隨後與實際數據進行比較。結果發現這個模型能夠再現我們觀察到的不同規模和不同類型的宇宙現象。”
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
星系形成模擬圖，當時的宇宙在10億歲左右。根據最被廣泛認可的暗物質模型，暗物質只通過引力與其它物質或輻射發生交互。這個模型被稱之為冷暗物質（CDM）模型。冷暗物質模型通常結合暗能量理論，也就是所說的LCDM宇宙學模型，其中的L代表暗能量理論。
研究論文主執筆人、哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家索納克·伯瑟指出：“冷暗物質模型是一個久經考驗的熱門模型。這主要是因為過去40年，科學家一直在利用冷暗物質進行預測，冷暗物質模型已成為一個標準範式。預測結果隨後與實際數據進行比較。結果發現這個模型能夠再現我們觀察到的不同規模和不同類型的宇宙現象。”
渦狀星系的可見光（左）和紅外照片（右），由美國宇航局的哈勃太空望遠鏡拍攝
科學家利用所謂的“熱暗物質”進行了大量宇宙演化模擬。這裡的熱暗物質是指中微子。中微子是一種與電子非常相似的亞原子粒子，但並不攜帶電荷。它們的質量很輕，以接近光速的速度在宇宙中穿梭。換句話說，它們在運動學上是“熱的”。
利用中微子進行模擬結果顯示，其預測分佈與當前的宇宙截然不同。伯瑟指出：“出於這個原因，科學家開始考慮反向極限，即中微子在誕生時幾乎沒有任何速度，也就是‘冷的’。將這一因素考慮在內的模擬結果更契合宇宙的現代觀測發現。在對相同星系團再次進行測試後，天文學家發現模擬宇宙與觀測到的宇宙驚人契合。在隨後的幾十年，這種冷粒子經受住比星系團更嚴格的測試，通常都能順利通過。”
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
星系形成模擬圖，當時的宇宙在10億歲左右。根據最被廣泛認可的暗物質模型，暗物質只通過引力與其它物質或輻射發生交互。這個模型被稱之為冷暗物質（CDM）模型。冷暗物質模型通常結合暗能量理論，也就是所說的LCDM宇宙學模型，其中的L代表暗能量理論。
研究論文主執筆人、哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家索納克·伯瑟指出：“冷暗物質模型是一個久經考驗的熱門模型。這主要是因為過去40年，科學家一直在利用冷暗物質進行預測，冷暗物質模型已成為一個標準範式。預測結果隨後與實際數據進行比較。結果發現這個模型能夠再現我們觀察到的不同規模和不同類型的宇宙現象。”
渦狀星系的可見光（左）和紅外照片（右），由美國宇航局的哈勃太空望遠鏡拍攝
科學家利用所謂的“熱暗物質”進行了大量宇宙演化模擬。這裡的熱暗物質是指中微子。中微子是一種與電子非常相似的亞原子粒子，但並不攜帶電荷。它們的質量很輕，以接近光速的速度在宇宙中穿梭。換句話說，它們在運動學上是“熱的”。
利用中微子進行模擬結果顯示，其預測分佈與當前的宇宙截然不同。伯瑟指出：“出於這個原因，科學家開始考慮反向極限，即中微子在誕生時幾乎沒有任何速度，也就是‘冷的’。將這一因素考慮在內的模擬結果更契合宇宙的現代觀測發現。在對相同星系團再次進行測試後，天文學家發現模擬宇宙與觀測到的宇宙驚人契合。在隨後的幾十年，這種冷粒子經受住比星系團更嚴格的測試，通常都能順利通過。”
電腦模擬的暗物質分佈，橙色區域為宿主星系，藍色為氣體和暗物質
科學家之所以寵愛冷暗物質還有另一個原因，即至少理論上可以進行直接或者間接探測到這種物質。不過，這也正是冷暗物質模型的問題所在，因為目前所有探測冷暗物質粒子的嘗試均以失敗告終。為此，宇宙學家開始考慮其它可能的粒子，它們能夠在更小層面與其它物質發生交互。
研究中，伯瑟的研究小組將目光聚焦“溫”暗物質候選粒子。這種粒子能夠與接近光速的超輕粒子發生微妙交互。它們能夠與中微子發生交互。據信在炙熱的宇宙初期，中微子普遍存在於宇宙中。因此，溫暗物質的存在會產生重大影響。
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
星系形成模擬圖，當時的宇宙在10億歲左右。根據最被廣泛認可的暗物質模型，暗物質只通過引力與其它物質或輻射發生交互。這個模型被稱之為冷暗物質（CDM）模型。冷暗物質模型通常結合暗能量理論，也就是所說的LCDM宇宙學模型，其中的L代表暗能量理論。
研究論文主執筆人、哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家索納克·伯瑟指出：“冷暗物質模型是一個久經考驗的熱門模型。這主要是因為過去40年，科學家一直在利用冷暗物質進行預測，冷暗物質模型已成為一個標準範式。預測結果隨後與實際數據進行比較。結果發現這個模型能夠再現我們觀察到的不同規模和不同類型的宇宙現象。”
渦狀星系的可見光（左）和紅外照片（右），由美國宇航局的哈勃太空望遠鏡拍攝
科學家利用所謂的“熱暗物質”進行了大量宇宙演化模擬。這裡的熱暗物質是指中微子。中微子是一種與電子非常相似的亞原子粒子，但並不攜帶電荷。它們的質量很輕，以接近光速的速度在宇宙中穿梭。換句話說，它們在運動學上是“熱的”。
利用中微子進行模擬結果顯示，其預測分佈與當前的宇宙截然不同。伯瑟指出：“出於這個原因，科學家開始考慮反向極限，即中微子在誕生時幾乎沒有任何速度，也就是‘冷的’。將這一因素考慮在內的模擬結果更契合宇宙的現代觀測發現。在對相同星系團再次進行測試後，天文學家發現模擬宇宙與觀測到的宇宙驚人契合。在隨後的幾十年，這種冷粒子經受住比星系團更嚴格的測試，通常都能順利通過。”
電腦模擬的暗物質分佈，橙色區域為宿主星系，藍色為氣體和暗物質
科學家之所以寵愛冷暗物質還有另一個原因，即至少理論上可以進行直接或者間接探測到這種物質。不過，這也正是冷暗物質模型的問題所在，因為目前所有探測冷暗物質粒子的嘗試均以失敗告終。為此，宇宙學家開始考慮其它可能的粒子，它們能夠在更小層面與其它物質發生交互。
研究中，伯瑟的研究小組將目光聚焦“溫”暗物質候選粒子。這種粒子能夠與接近光速的超輕粒子發生微妙交互。它們能夠與中微子發生交互。據信在炙熱的宇宙初期，中微子普遍存在於宇宙中。因此，溫暗物質的存在會產生重大影響。
藝術概念圖，展示了銀河核球及周圍的暗物質暈輪
伯瑟指出：“在這個模型中，暗物質粒子可以與光子或者中微子等放射性粒子進行有限且微弱的交互。這些交互會在早期宇宙的團塊結構中留下一個非常獨特的印記。而這與冷暗物質模型描述的宇宙截然不同。”
為了測試這一點，研究小組利用哈佛和冰島大學的超級計算機進行精密的宇宙學模擬。這些模擬考慮了大爆炸後10億年到140億年的星系形成受到溫暗物質的影響。伯瑟表示：“我們進行的電腦模擬展現了經過140億年演化後的宇宙圖景。除了對暗物質構成進行建模，我們還模擬了恆星形成、超新星和黑洞的影響以及金屬形成的相關信息。”
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
星系形成模擬圖，當時的宇宙在10億歲左右。根據最被廣泛認可的暗物質模型，暗物質只通過引力與其它物質或輻射發生交互。這個模型被稱之為冷暗物質（CDM）模型。冷暗物質模型通常結合暗能量理論，也就是所說的LCDM宇宙學模型，其中的L代表暗能量理論。
研究論文主執筆人、哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家索納克·伯瑟指出：“冷暗物質模型是一個久經考驗的熱門模型。這主要是因為過去40年，科學家一直在利用冷暗物質進行預測，冷暗物質模型已成為一個標準範式。預測結果隨後與實際數據進行比較。結果發現這個模型能夠再現我們觀察到的不同規模和不同類型的宇宙現象。”
渦狀星系的可見光（左）和紅外照片（右），由美國宇航局的哈勃太空望遠鏡拍攝
科學家利用所謂的“熱暗物質”進行了大量宇宙演化模擬。這裡的熱暗物質是指中微子。中微子是一種與電子非常相似的亞原子粒子，但並不攜帶電荷。它們的質量很輕，以接近光速的速度在宇宙中穿梭。換句話說，它們在運動學上是“熱的”。
利用中微子進行模擬結果顯示，其預測分佈與當前的宇宙截然不同。伯瑟指出：“出於這個原因，科學家開始考慮反向極限，即中微子在誕生時幾乎沒有任何速度，也就是‘冷的’。將這一因素考慮在內的模擬結果更契合宇宙的現代觀測發現。在對相同星系團再次進行測試後，天文學家發現模擬宇宙與觀測到的宇宙驚人契合。在隨後的幾十年，這種冷粒子經受住比星系團更嚴格的測試，通常都能順利通過。”
電腦模擬的暗物質分佈，橙色區域為宿主星系，藍色為氣體和暗物質
科學家之所以寵愛冷暗物質還有另一個原因，即至少理論上可以進行直接或者間接探測到這種物質。不過，這也正是冷暗物質模型的問題所在，因為目前所有探測冷暗物質粒子的嘗試均以失敗告終。為此，宇宙學家開始考慮其它可能的粒子，它們能夠在更小層面與其它物質發生交互。
研究中，伯瑟的研究小組將目光聚焦“溫”暗物質候選粒子。這種粒子能夠與接近光速的超輕粒子發生微妙交互。它們能夠與中微子發生交互。據信在炙熱的宇宙初期，中微子普遍存在於宇宙中。因此，溫暗物質的存在會產生重大影響。
藝術概念圖，展示了銀河核球及周圍的暗物質暈輪
伯瑟指出：“在這個模型中，暗物質粒子可以與光子或者中微子等放射性粒子進行有限且微弱的交互。這些交互會在早期宇宙的團塊結構中留下一個非常獨特的印記。而這與冷暗物質模型描述的宇宙截然不同。”
為了測試這一點，研究小組利用哈佛和冰島大學的超級計算機進行精密的宇宙學模擬。這些模擬考慮了大爆炸後10億年到140億年的星系形成受到溫暗物質的影響。伯瑟表示：“我們進行的電腦模擬展現了經過140億年演化後的宇宙圖景。除了對暗物質構成進行建模，我們還模擬了恆星形成、超新星和黑洞的影響以及金屬形成的相關信息。”
136億年前宇宙暗物質分佈模擬圖
研究小組將模擬結果進行比對，尋找能夠區分不同結果的信號。根據他們的研究發現，在很多存在溫暗物質影響的模擬中，這些影響非常微弱，無法被察覺到。不過，它們以某些非常獨特的形式存在，尤其是在影響遙遠星系的分佈方面。
這種觀測非常有意思，因為科學家可以藉助下一代科學儀器在未來進行驗證。伯瑟指出：“我們可以通過觀測氫氣分佈，測繪早期宇宙的團塊結構。從觀測的角度上說，這是一項非常成熟的技術。我們可以通過觀測遙遠星系的光譜探測早期宇宙的中性氫。”
暗物質在宇宙物質總量中的比重達到84%，但不放射、不吸收也不反射光線，同時也不產生任何已知形態的輻射。暗物質完全不帶電磁荷，只通過引力與其它物質發生交互。暗物質並非由原子或者電子、質子和中子等原子構件組成，特性充滿神祕色彩。根據科學家提出的理論，暗物質由某種新型粒子構成，這些粒子符合宇宙定律，但並未在常規粒子物理學研究中出現。
暗物質究竟是什麼？科學家尚無法給出確切答案。自上世紀60年代“廣義相對論的黃金時代”以來，科學家便堅信宇宙中的大部分物質都是神祕莫測的暗物質。科學家採用“兩手抓”的策略，希望能夠揭示暗物質的謎團。一方面，天體物理學家試圖找到構成暗物質的粒子。另一方面，他們還努力尋找理論基礎，來解釋暗物質的行為。一直以來，科學家討論焦點的都是“暗物質究竟是熱是冷”？由於相對比較簡單，冷暗物質模型一直更勝一籌。
LCDM宇宙學模型藝術概念圖
根據哈佛-史密森尼天體物理學中心進行的一項新研究，暗物質可能是溫的。這一結論立基於星系形成模擬，所採用的宇宙模型包含溫暗物質。這些模擬由哈佛-史密森尼天體物理學中心、麻省理工學院卡維利天體物理學與空間研究所、波茨坦萊布尼茨天體物理研究所以及多所大學組建的一支國際研究小組進行。研究論文登在《皇家天文學會月報》上。
大爆炸後10億年，暗物質對宇宙的演化產生深遠影響。從星系形成到宇宙微波背景輻射的分佈，暗物質據信在宇宙的方方面面都扮演角色。包含暗物質作用的宇宙學模型不僅得到兩種截然不同的宇宙結構的觀測結果的支持，同時也符合宇宙膨脹速度等宇宙參數。
星系形成模擬圖，當時的宇宙在10億歲左右。根據最被廣泛認可的暗物質模型，暗物質只通過引力與其它物質或輻射發生交互。這個模型被稱之為冷暗物質（CDM）模型。冷暗物質模型通常結合暗能量理論，也就是所說的LCDM宇宙學模型，其中的L代表暗能量理論。
研究論文主執筆人、哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家索納克·伯瑟指出：“冷暗物質模型是一個久經考驗的熱門模型。這主要是因為過去40年，科學家一直在利用冷暗物質進行預測，冷暗物質模型已成為一個標準範式。預測結果隨後與實際數據進行比較。結果發現這個模型能夠再現我們觀察到的不同規模和不同類型的宇宙現象。”
渦狀星系的可見光（左）和紅外照片（右），由美國宇航局的哈勃太空望遠鏡拍攝
科學家利用所謂的“熱暗物質”進行了大量宇宙演化模擬。這裡的熱暗物質是指中微子。中微子是一種與電子非常相似的亞原子粒子，但並不攜帶電荷。它們的質量很輕，以接近光速的速度在宇宙中穿梭。換句話說，它們在運動學上是“熱的”。
利用中微子進行模擬結果顯示，其預測分佈與當前的宇宙截然不同。伯瑟指出：“出於這個原因，科學家開始考慮反向極限，即中微子在誕生時幾乎沒有任何速度，也就是‘冷的’。將這一因素考慮在內的模擬結果更契合宇宙的現代觀測發現。在對相同星系團再次進行測試後，天文學家發現模擬宇宙與觀測到的宇宙驚人契合。在隨後的幾十年，這種冷粒子經受住比星系團更嚴格的測試，通常都能順利通過。”
電腦模擬的暗物質分佈，橙色區域為宿主星系，藍色為氣體和暗物質
科學家之所以寵愛冷暗物質還有另一個原因，即至少理論上可以進行直接或者間接探測到這種物質。不過，這也正是冷暗物質模型的問題所在，因為目前所有探測冷暗物質粒子的嘗試均以失敗告終。為此，宇宙學家開始考慮其它可能的粒子，它們能夠在更小層面與其它物質發生交互。
研究中，伯瑟的研究小組將目光聚焦“溫”暗物質候選粒子。這種粒子能夠與接近光速的超輕粒子發生微妙交互。它們能夠與中微子發生交互。據信在炙熱的宇宙初期，中微子普遍存在於宇宙中。因此，溫暗物質的存在會產生重大影響。
藝術概念圖，展示了銀河核球及周圍的暗物質暈輪
伯瑟指出：“在這個模型中，暗物質粒子可以與光子或者中微子等放射性粒子進行有限且微弱的交互。這些交互會在早期宇宙的團塊結構中留下一個非常獨特的印記。而這與冷暗物質模型描述的宇宙截然不同。”
為了測試這一點，研究小組利用哈佛和冰島大學的超級計算機進行精密的宇宙學模擬。這些模擬考慮了大爆炸後10億年到140億年的星系形成受到溫暗物質的影響。伯瑟表示：“我們進行的電腦模擬展現了經過140億年演化後的宇宙圖景。除了對暗物質構成進行建模，我們還模擬了恆星形成、超新星和黑洞的影響以及金屬形成的相關信息。”
136億年前宇宙暗物質分佈模擬圖
研究小組將模擬結果進行比對，尋找能夠區分不同結果的信號。根據他們的研究發現，在很多存在溫暗物質影響的模擬中，這些影響非常微弱，無法被察覺到。不過，它們以某些非常獨特的形式存在，尤其是在影響遙遠星系的分佈方面。
這種觀測非常有意思，因為科學家可以藉助下一代科學儀器在未來進行驗證。伯瑟指出：“我們可以通過觀測氫氣分佈，測繪早期宇宙的團塊結構。從觀測的角度上說，這是一項非常成熟的技術。我們可以通過觀測遙遠星系的光譜探測早期宇宙的中性氫。”
詹姆斯·韋伯望遠鏡藝術概念圖，哈勃太空望遠鏡的接班人
遙遠星系放射的光線在抵達地球前一定會穿過星系際介質。如果星系際介質存在大量中性氫，部分星系的輻射會被吸收。如果只存在少量中性氫，它們則暢通無阻。如果暗物質是冷的，會導致團塊狀氫氣分佈更明顯。相比之下，溫暗物質會導致振盪團塊。當前的天文觀測儀器的解析度無法測算早期宇宙的氫氣振盪。伯瑟指出這項研究為製造具備這種觀測能力的新實驗裝置和新設施提供了動力。
例如，像詹姆斯·韋伯望遠鏡這樣的紅外觀測儀器可用於繪製新的氫氣吸收分佈圖，幫助科學家證實溫暗物質的影響或者排除這種可能性。此外，這項研究也會促使科學家思考其他可能性。伯瑟指出這項研究的真正價值在於，理論預測能夠促使科學家探索新疆界，測試我們已知學識的極限。“這是科學研究的真正意義所在。我們要做的就是做出一項預測，而後提出一種驗證方式，最後通過實驗來限制/排除這一理論。
博科園｜文：馬特·威廉斯
漫步宇宙/qqtaikong
博科園｜科學、科技、科研、科普