关于暗物质本质的新理论解释了银河系中的神秘缺陷

加州大学河滨分校领导的研究发现，自相互作用暗物质理论解释了为什么两个星系的暗物质比其他星系少。

加州大学河滨分校的物理学家领导的一项研究表明，关于暗物质性质的新理论有助于解释为什么距地球约6500万光年的一对星系中几乎没有神秘物质。

暗物质是不发光的，无法直接看到。认为构成宇宙中物质的85％，其性质尚不为人所知。与普通物质不同，它不吸收，反射或发光，因此很难检测。

流行的暗物质理论（称为冷暗物质或CDM）假设除重力外，暗物质粒子无碰撞。第二种新理论称为自相互作用暗物质，即SIDM，提出了通过新的暗力自相互作用的暗物质粒子。两种理论都解释了宇宙整体结构是如何出现的，但是它们预测了星系内部区域的不同暗物质分布。SIDM表明，暗物质粒子在星系的内部晕圈中（靠近中心）彼此强烈碰撞。

于海波（Hai-Bo Yu）是一位理论物理学家，在暗物质的粒子特性方面具有专业知识。

通常，可见的银河系由一个看不见的暗物质光环所占据，该暗物质是一个围绕球状并通过重力保持在一起的，形状像球的浓缩材料团。然而，最近对两个超扩散星系NGC 1052-DF2和NGC 1052-DF4的观察表明，这对星系包含的暗物质非常少（如果有的话），对物理学家对星系形成的理解提出了挑战。天体观测表明，NGC 1052-DF2和NGC 1052-DF4可能是NGC1052的卫星星系。

UCR物理与天文学副教授Yu Hai-Bo Yu表示：“通常认为，暗物质在银河系中占主导地位。”“对NGC 1052-DF2和-DF4的观察表明，它们的暗物质与恒星质量之比约为1，比预期的低300倍。为了解决这一差异，我们认为DF2和DF4光环可能会通过与大量NGC 1052星系的潮汐相互作用而失去大部分质量。”

UCR领导的小组使用复杂的模拟，通过潮汐剥离（NGC1052通过银河潮汐力剥离物质）再现了NGC 1052-DF2和NGC 1052-DF4的特性。由于卫星星系无法利用自身的重力来保持剥离的质量，因此有效地将其添加到NGC 1052的质量中。

研究人员同时考虑了CDM和SIDM方案。他们的结果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，表明SIDM形成了暗物质缺乏星系，例如NGC 1052-DF2和-DF4，远比CDM更有利，因为内部晕圈的潮汐质量损失更显着，恒星分布更加在SIDM中扩散。

该研究论文已被该杂志选为“编辑建议”，该荣誉是每周只有少数精选论文收到，​​以促进跨领域阅读。

Yu解释说，在CDM和SIDM晕圈中都可能发生潮汐质量损失。在CDM中，内部光晕结构是“硬”的，并且对潮汐剥离具有弹性，这使得典型的CDM光晕很难在潮汐场中失去足够的内部质量来适应NGC 1052-DF2和-DF4的观测。相比之下，在SIDM中，暗物质的自相互作用可能会将暗物质颗粒从内部推向外部区域，从而使内部光晕“更蓬松”，并相应地增加了潮汐质量损失。此外，恒星分布变得更加分散。

于说：“即使在潮汐演化之后，典型的CDM晕在内部区域仍然过大。”

接下来，研究小组将对NGC 1052系统进行更全面的研究，并探索新发现的具有新颖性质的星系，以更好地了解暗物质的性质。

参考：杨达能，于海波和安海鹏，“自我相互作用的暗物质和超扩散星系NGC1052-DF2和-DF4的起源”，2020年9月9日，《物理评论快报》。DOI：
10.1103 / PhysRevLett.125.111105

于宇是由清华大学的Danan Yang和Haipeng An参加的研究。Yu获得了美国能源部和美国国家科学基金会的资助。