最大的谜团之一是在某些矮星系中心发现的暗物质浓度低得惊人，以及通过强引力透镜推断出的意想不到的致密暗物质团块。尽管这些观测结果似乎指向相反的方向，但一项新的研究表明它们可能拥有相同的潜在解释。
暗物质的新理论
中国科学院紫金山天文台的物理学家提出，暗物质可能不仅仅由单一类型的粒子组成。相反，它可能由具有不同质量的粒子构成。
他们新的“双组分自相互作用暗物质”模型包含至少两种暗物质粒子，一种较重，一种较轻。除了通过引力相互作用外，这些粒子还可以直接相互碰撞。这些相互作用导致了一个称为“质量分层”的过程。
简而言之，较重的暗物质粒子逐渐向星系中心漂移，而较轻的粒子则随时间推移向外扩散。研究人员将这种行为与星团进行比较，在星团中，质量最大的恒星缓慢向内迁移，而质量较小的恒星则离中心更远。
模拟结果与宇宙观测相吻合
该团队利用高分辨率计算机模拟结合详细的理论建模，发现质量分层自然地再现了广泛的天文观测结果。
在矮星系中，该过程产生了中心密度相对较低的暗物质核心，这与最近的星系成团性观测结果相符。在更大、更复杂的环境中，一些暗物质晕变得越来越致密，产生了能够产生强引力透镜效应的致密结构。
该模型还提高了小尺度引力透镜事件发生的可能性。随着较重的暗物质粒子在关键区域聚集，暗物质子结构在放大遥远背景星系光线方面变得更加有效。这有助于解释为什么天文学家观测到的小尺度强透镜事件比传统模型预测的要多。
更丰富的不可见宇宙图景
研究人员表示，这些看似矛盾的宇宙学谜题实际上可能指向同一个结论。它们可能都反映了暗物质具有比先前认为的更复杂的内部属性，而不需要分别解释。
随着未来的巡天调查和引力透镜观测变得更加精确，科学家们将有新的机会检验暗物质是否真的由多种成分组成。那些天然的“宇宙放大镜”可能为这一不可见宇宙的新图景提供迄今为止最有力的证据。
这些发现是紫金山天文台团队探索双组分自相互作用暗物质的第二项研究。他们早期发表在《物理评论D》（Physical Review D）上的工作，研究了质量分层如何影响在矮星系中观测到的广泛的暗物质核心密度。这项新研究发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。该研究的作者是杨大能、范一中、侯思源和蔡岳霖。
中国科学院紫金山天文台是中国暗物质研究的领军机构之一。该研究所通过DAMPE（“悟空”）卫星在间接暗物质探测方面发挥着重要作用，并在天体物理学、宇宙学、暗物质和星系演化领域开展具有影响力的研究。