科学家们已经发现了暗物质和中微子可能并不像之前认为的那样独立的证据。

来源：SciTechDaily

暗物质与中微子之间可能存在的相互作用或许有助于解释宇宙结构演化过程中一个持续存在的不匹配问题。

可见的一切——恒星、行星、气体和星系——只占宇宙的一小部分。

宇宙的大部分由暗物质和其他科学家仍在努力理解的不可见成分主导。

现在，谢菲尔德大学的研究人员发现了证据，表明这两种隐藏成分（暗物质和中微子）可能相互作用，这指向了标准宇宙学模型之外的新物理。

暗物质约占宇宙中所有物质的85%，但从未被直接探测到。

相反，天文学家通过它对星系和星系团施加的引力来推断它的存在。

中微子是极轻的粒子，很少与物质相互作用，使得每秒有数十亿中微子穿过地球每平方厘米的区域却几乎不被察觉。

隐藏粒子对标准理论提出挑战

宇宙学标准模型（Λ冷暗物质模型）植根于爱因斯坦的广义相对论，将暗物质和中微子视为宇宙的独立组成部分。

在该框架下，它们之间不发生相互作用。

谢菲尔德大学发表在《自然天文学》上的研究指出这一假设可能存在漏洞。

分析发现了暗物质和中微子可能相互作用的迹象，这将为研究宇宙中无法直接观测的部分提供一种新方法。

为了寻找这一信号，研究人员对比了宇宙历史不同时期的观测数据。

这一点很重要，因为暗物质和中微子之间的相互作用不仅会影响不可见粒子，还可能在星系及其他大型结构的形成过程中留下痕迹。

证据跨越宇宙的历史

这些数据涵盖了宇宙的历史

早期宇宙的数据来自两个主要来源：高灵敏度的地面望远镜阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT），以及普朗克望远镜——欧洲空间局（ESA）运营的一座空间天文台。

两者均旨在测量宇宙大爆炸的微弱余辉。

晚期宇宙的数据来自使用智利维克多M布兰科望远镜上的暗能量相机进行的大量天文观测目录，以及斯隆数字巡天的星系图。

宇宙成团现象仍然令人困惑

研究合著者、谢菲尔德大学高级研究员埃莱奥诺拉迪瓦伦蒂诺博士表示：我们对暗物质的理解越深入，就越能洞察宇宙如何演化以及其不同组成部分之间的联系。

我们的研究结果解决了宇宙学中一个长期存在的谜题。

对早期宇宙的测量预测，宇宙结构随时间的增长应该比我们今天观测到的更为强烈。

她继续说道：然而，对现代宇宙的观测表明，物质的聚集程度比预期的略低，这指向早期和晚期测量结果之间存在轻微的不一致。

这种矛盾并不意味着标准宇宙学模型是错误的，但它可能表明该模型并不完整。

她总结道：我们的研究表明，暗物质与中微子之间的相互作用可能有助于解释这种差异，为宇宙结构的形成方式提供了新的见解。

未来的调查可以验证它

下一次测试将来自更敏锐的观测。

未来的望远镜、宇宙微波背景（CMB）实验和弱引力透镜巡天可能有助于确定这种可能的相互作用是否真实存在。

弱引力透镜利用遥远星系光线的微小扭曲来绘制宇宙中质量的分布情况，包括那些不可见的质量。

这项研究的合著者、谢菲尔德大学前博士后研究员、现任职于夏威夷大学的威廉贾雷博士表示：如果暗物质与中微子之间的这种相互作用得到证实，那将是一项根本性的突破。

它不仅会为不同宇宙学探测手段之间长期存在的不一致问题带来新的启示，还会为粒子物理学家提供一个明确的方向，指出在实验室实验中应寻找哪些特性，以帮助最终揭示暗物质的真实本质。

本工作得到国家重点研发计划（项目编号：2022YFF0503304）、载人航天工程（项目编号：CMSCSST2025A03）和科学院基础研究青年科学家项目（项目编号：YSBR092）的支持。

相关知识

暗物质是宇宙中无法通过电磁辐射直接观测的物质，其存在由引力效应（如星系旋转曲线异常、引力透镜现象）推断。

它约占宇宙总质能的27%，远多于可见的普通物质（仅5%），是维持星系结构稳定、推动宇宙演化的关键成分，至今仍是物理学和天文学的重大未解之谜。

BY: University of Sheffield

FY: AI

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