发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics，简称JCAP）上的一项新研究探讨了如果暗物质受到一种额外的吸引力会发生什么。结果令人惊讶且反直觉。尽管这种力促使暗物质更有效地聚集，但它通常并不会加速宇宙结构的增长。相反，它往往会减缓这种增长。
为何科学家正在考虑“暗力”
随着对宇宙的高精度观测产生的结果并不总是完全吻合，人们对可能存在的“暗力”的兴趣日益增加。
对宇宙膨胀以及星系和其他大型结构发展的测量有时似乎揭示了略有不同的情况。对遥远宇宙的一些观测表明，过去的膨胀速度可能比标准宇宙学模型预测的要稍慢一些。
与此同时，对宇宙微波背景的研究长期以来表明，在宇宙的最大尺度上，物质的聚集程度可能比预期的更紧密。
这些差异相对较小，但它们促使科学家思考标准宇宙学模型是否可能缺失了一个重要成分。
一种可能性是暗物质粒子感受到了一种普通物质无法探测到的额外力。由于这种相互作用仅在暗物质领域内发生，研究人员将其称为“暗力”。这种相互作用可能潜在地影响宇宙的膨胀以及星系和更大宇宙结构的形成。
“我们目前对暗物质的真正了解仅来自于其引力效应，”圆周理论物理研究所的研究员、该研究的通讯作者扎卡里·韦纳说道，“这就留下了暗物质可能拥有对普通物质隐藏的额外相互作用的可能性。”
测试引力之外的力
研究团队研究了一组理论模型，在这些模型中，暗物质粒子除了引力之外，还通过一种长程力进行相互作用。
科学家利用理论计算结合宇宙学数据，研究了这种隐藏的相互作用将如何影响宇宙膨胀的历史和大尺度结构的增长。
乍一看，预期的结果似乎很直观。如果暗物质粒子通过另一种力相互吸引，它们应该能更快地聚集成团。这种更强的聚集作用似乎也能解释那些表明宇宙包含比预测更致密结构的观测结果。
“你首先会预期的是，赋予暗物质一种额外的吸引力应该会使结构增长得更快，”韦纳说，“但与此同时，另一种效应也开始发挥作用。”
对宇宙增长的惊人效应
在研究人员检查的模型中，这种额外的力确实使暗物质更有效地聚集。然而，它也改变了暗物质在宇宙膨胀过程中的行为方式。
同样的过程导致暗物质粒子随时间推移有效地失去质量。这种质量减弱削弱了它们的引力影响，抵消了由隐藏力产生的更强吸引力。
结果，这种增强的聚集并没有在宇宙微波背景上产生更强的引力印记。在大多数情况下，综合效应实际上抑制了宇宙结构的增长。
对DESI和暗能量模型的影响
这些发现可能对超越暗物质本身的理论具有重要意义。针对暗能量光谱仪（DESI）近期测量结果提出的一些解释涉及暗物质粒子之间类似的相互作用。
据研究人员称，这种新识别出的机制很可能也会影响许多更复杂的模型。任何涉及隐藏吸引力的理论都可能需要考虑到暗物质随着宇宙演化而有效变轻的可能性。
即将投入使用的天文台和宇宙调查提供的更精确测量数据，可以帮助科学家确定暗物质可能拥有哪些隐藏的相互作用，以及观测结果可以排除哪些可能性。
“宇宙往往比我们的直觉更微妙，”韦纳说，“这正是我们必须不断验证这些想法的原因。”