“绒毛暗物质”理论改变宇宙演化模型

       科学家首次以“绒毛暗物质”(fuzzy dark matter)理论设计了一个宇宙发展模型，等待与即将投入使用的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)的观测结果做比较。

       图片解释：早期星系形成的理论模拟显示的三种可能性：由冷暗物质构成的宇宙，其中星系具有明亮的光晕(左图);由热暗物质构成的宇宙，其中星系具有长长的丝线般的尾巴状结构(中图);由绒毛暗物质构成的宇宙，其中星系具有丝状条纹结构，像是被点亮的琴弦(右图)。

       研究者称，如果观测到早期宇宙中大量带尾状结构、或者丝状的星系，那意味着绒毛暗物质理论可能是更好的研究方向。

       目前天体物理学关于暗物质成分的主流理论认为暗物质是由冷、重的物质构成。但是长期搜索都找不到任何这样的粒子，现在天体物理学家在积极研究暗物质其它可能的粒子成分。

       绒毛暗物质理论认为暗物质由非常小、非常轻的粒子组成，具有量子特性，以波动形式在宇宙中运动。研究者用这种理论模拟星系诞生初期的形状，与现有冷重暗物质粒子的模型所模拟的新生星系形状进行对比。

       这份研究的模拟结果显示，如果暗物质由冷物质构成，早期宇宙中星系应该是接近球状周围带光晕的形态;如果暗物质是轻的、具有量子波动特性的似绒毛状物质构成，早期宇宙中的星系应该是“丝线”状，或者两端带有尾状体，当然，具体大小、形状和分区的结构，每个星系仍各不相同。

       但是现在无法得到验证。这是因为星系诞生后在成长演变过程中形状会发生改变，现在望远镜观测到早期星系形状的资料不多。研究者表示，等下一代更强大的望远镜，比如詹姆斯·韦伯太空望远镜投入使用后，能看到宇宙更早期的情况，将更好地对此理论模型进行检验。

       研究者之一美国普林斯顿大学的莫茨(Philip Mocz)说：“暗物质就像星系诞生的摇篮，摇篮的形状影响着星系的形状。不同的暗物质理论模型推理出早期宇宙中不同的摇篮形状。早期宇宙中蕴藏着暗物质的新线索。”

       这份研究称，目前冷暗物质理论模型在可观测到的宇宙范围内一些大型结构天体较为适用，但是实际观测到的结构和依据模型推测出来的结构仍有差距。而对于一些非常小的星系，实际观测和理论推测的差距就更大。再加上多年来，粒子加速器完全找不到冷暗物质理论下各种粒子的踪影，这些因素让冷暗物质理论近年来越发难以发展。

       这份研究由英国萨塞克斯大学(University of Sussex)、剑桥大学、美国普林斯顿大学、哈佛大学和麻省理工学院等机构的研究者合作完成，本月发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。