在上個(gè)世紀(jì)，研究星系運(yùn)動(dòng)和宇宙微波背景輻射特性的天文學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，宇宙中大部分物質(zhì)是不可見(jiàn)的。宇宙中大約84%的物質(zhì)是“黑暗”物質(zhì)，既不發(fā)光，也不發(fā)出任何其他已知的輻射，因此它被稱為暗物質(zhì)。

暗物質(zhì)的另一個(gè)主要特性是，暗物質(zhì)只通過(guò)引力與其他物質(zhì)相互作用：例如，它不攜帶電磁電荷。暗物質(zhì)之所以“黑暗”，還因?yàn)樗衩啬獪y(cè)：暗物質(zhì)不是由原子或它們通常的組成元素(如電子和質(zhì)子)組成。

粒子物理學(xué)家已經(jīng)想象出了與宇宙已知定律相一致的新型物質(zhì)，但到目前為止，還沒(méi)有一種物質(zhì)被探測(cè)到，也沒(méi)有一種物質(zhì)的存在得到證實(shí)。2012年大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，引發(fā)了人們的樂(lè)觀情緒，認(rèn)為暗物質(zhì)粒子很快就會(huì)被發(fā)現(xiàn)，但到2019年的目前為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何暗物質(zhì)粒子，而之前有希望的粒子類別現(xiàn)在似乎是不太可能被發(fā)現(xiàn)的。天文學(xué)家認(rèn)識(shí)到暗物質(zhì)是宇宙中物質(zhì)的主要組成部分。無(wú)論其性質(zhì)如何，暗物質(zhì)都深刻地影響了星系結(jié)構(gòu)的演化和宇宙微波背景輻射(CMBR)的分布。

關(guān)鍵宇宙參數(shù)值(如膨脹率)之間的顯著一致性來(lái)自于對(duì)兩種完全不同大型宇宙結(jié)構(gòu)的觀測(cè)，即星系和宇宙微波背景輻射，為包括暗物質(zhì)在內(nèi)的宇宙大爆炸模型提供證據(jù)。目前暗物質(zhì)模型假定它是“冷的”，也就是說(shuō)，它不與任何其他種類的物質(zhì)或輻射相互作用，甚至與自身相互作用，而不受引力的影響。這個(gè)宇宙學(xué)版本因此被稱為冷暗物質(zhì)情景，但宇宙學(xué)家懷疑，更精確的觀測(cè)是否能夠排除哪怕是很小程度的相互作用。

CfA天文學(xué)家索納克·博斯帶領(lǐng)一組同事對(duì)一種非常流行的(如果是推測(cè)性的)“暗物質(zhì)”粒子，一種能與接近光速的輕粒子。這個(gè)版本形成了幾種可能的熱暗物質(zhì)（也許更準(zhǔn)確地說(shuō)是相互作用的暗物質(zhì)）場(chǎng)景之一。特別是，假設(shè)粒子被允許與中微子相互作用(中微子在早期熾熱的宇宙中非常豐富)。科學(xué)家們用最先進(jìn)的宇宙學(xué)模擬星系形成，建立了一個(gè)有這種熱暗物質(zhì)的宇宙模型。

發(fā)現(xiàn)對(duì)許多觀測(cè)來(lái)說(shuō)，這種影響太小，無(wú)法被察覺(jué)。然而，這種熱暗物質(zhì)的特征以一些獨(dú)特方式存在，特別是遙遠(yuǎn)星系在空間中的分布方式，可以通過(guò)觀察星系的氫氣來(lái)繪制星系圖來(lái)驗(yàn)證。未來(lái)高度敏感的觀測(cè)應(yīng)該能夠進(jìn)行這些測(cè)試。詳細(xì)的氫氣吸收分布圖可以用來(lái)支持（或者排除）這種熱暗物質(zhì)的可能性，并闡明這種神秘的宇宙成分。

博科園｜研究/來(lái)自：哈佛史密森尼天體物理中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz1276

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