矮星系中一种奇怪的聚集模式暗示着暗物质可能比我们想象的要复杂得多，也比我们想象的要相互作用得多。

矮星系的行为没有达到预期。科学家们发现，扩散性更强的星系比理论预测的聚集得更紧密，这颠覆了之前的假设。

这种出乎意料的模式暗示暗物质可能会以神秘的新方式相互作用。

挑战冷暗物质范式

一项关于弥散矮星系的新研究正在挑战标准冷暗物质 （CDM） 框架内流行的星系形成模型，从而提出了一种新的暗物质模型。

在中国科学院中国科学技术大学 （USTC） 王慧元教授的指导下，研究团队首次在弥散矮星系中发现了异常强烈的聚集模式。

这项研究发表在《自然》杂志上。

暗物质晕和星系形成

矮星系和所有星系一样，位于暗物质晕中。这些光晕在宇宙早期形成，并在星系形成的地方形成。

然而，并非所有的暗物质晕都是相同的。有些比其他的更有可能出现在宇宙中密度更大的区域。这被称为“光晕偏倚”，分为两种类型——“质量偏倚”和“组装偏倚”，前者认为大质量光晕聚集得更强烈，后者认为在相同质量的光晕中，具有不同光晕特性的光晕表现出不同的聚集。例如，较早形成的光晕（旧光晕）比较晚形成的光晕（年轻光晕）聚集得更强烈。

偏倚研究中对矮星系的忽视

从历史上看，大质量星系是检测光晕组装偏差的主要焦点，因为它们的光度更高，而且斯隆数字巡天 （SDSS） 等巡天具有更高效的可观测性。相比之下，矮星系在此类研究中往往代表性不足，因为它们的光度低，而且与稀疏采样相关的挑战。

然而，USTC 的研究人员透露，承载矮星系的暗物质晕也表现出光晕偏差，这在很大程度上不受光晕质量估计不确定性的影响。这一发现表明，与质量更大的星系相比，通过矮星系可以更有效地追踪光晕组装偏差。

漫反射与紧凑：令人惊讶的反转

在这项研究中，王教授的团队分析了来自 SDSS 的孤立矮星系样本，发现与恒星靠得更近的致密矮星系相比，弥散矮星系（恒星相距较远）表现出出乎意料的强烈大尺度聚集。这一出乎意料的发现从根本上与从大质量星系研究中得出的对星系团的既定理解相矛盾。

通过他们专有的“用重构初始密度场探索局部宇宙”（ELUCID） 宇宙学模拟，研究人员发现这种“倒置”现象与光晕的形成时间有着内在的联系。具体来说，弥散矮星系的空间分布与旧晕紧密一致，而致密矮星系则遵循类似于年轻晕的模式。这代表了基于真实世界数据的光晕组装偏差的第一个高置信度观测证据，弥合了宇宙学模拟和经验验证之间的差距。

当前模型的局限性和 SIDM 的兴起

然而，在标准 CDM 范式下的现有星系形成模型无法解释旧光晕中弥散矮星系的形成，这意味着当前的星系形成模型和暗物质模型与实际宇宙之间存在潜在的矛盾。为了克服这一矛盾，研究人员引入了自相互作用暗物质 （SIDM） 模型。

该模型假设暗物质粒子不仅通过引力相互作用，还通过微弱的非引力相互作用相互作用。这些相互作用导致结构膨胀并削弱旧晕中的中心引力强度，从而促进弥散矮星系的形成。相反，年轻的光晕表现出较弱的这种效应，有利于致密矮星系的形成。这一理论很好地解释了观察到的光晕年龄与星系密度之间的相关性，表明暗物质的性质可能比以前认为的要复杂。

《自然》杂志的评论员高度赞扬了这项工作：“这是一个原创的、非常令人惊讶（因此意义重大）的结果。通过星系聚类测试暗物质自我相互作用的预测是一种新颖的方法，可能会产生持久的影响。

暗物质和星系演化的突破

这项工作代表了对显著光晕组装偏差的首次观测确认——这一突破定义了模拟暗物质性质、宇宙大尺度结构演化以及控制星系形成和演化机制的关键参数。它揭示了重子成分的结构与其在矮星系中宿主晕的年龄之间的独特相关性，从根本上挑战了标准的 CDM 范式，需要进行潜在的修改。