我们称暗物质为“暗”,并非因为它是某种阴暗的物质,而是因为暗物质不与光发生相互作用。
这种差异虽然微妙,却非常重要。普通物质可能是黑暗的,因为它吸收了光线。例如,我们能够看到分子云的阴影与银河系中散布的恒星形成对比,这是因为光和物质之间存在一种联系。
光是一种电磁波,而原子中含有带电的电子和质子,因此物质可以发射、吸收和散射光。然而,暗物质不带电,无法与光建立联系,所以当光遇到暗物质时,它们只是彼此穿过。
所有的观测都表明,暗物质和光之间的唯一联系是引力作用。
举例来说,当暗物质聚集在星系周围时,它的引力会使光线弯曲。正因如此,我们可以通过观察宇宙中的引力透镜效应来绘制暗物质在宇宙中的分布。
我们还知道暗物质和普通物质之间存在引力相互作用,正是这种引力使星系聚集成超星系团。
但一个悬而未决的问题是,暗物质和常规物质是否仅通过引力相互影响。如果一个原子与暗物质粒子相遇,它们真的会彼此穿过而不发生任何其他互动吗?
由于我们尚未直接观察到暗物质粒子,我们只能进行推测。大多数暗物质模型认为引力是暗物质与光和常规物质之间的唯一共同联系。暗物质和普通物质会彼此聚集,但它们不会像星际云那样碰撞和合并。
然而,一项新的研究表明,暗物质和普通物质确实存在相互作用,这可能会揭示这种神秘物质的一些微妙之处。
这项研究观察了6个超微矮星系(UFD)。它们是银河系附近的卫星星系,其恒星数量似乎比它们的质量所显示的要少得多。
这是因为它们主要由暗物质构成。如果规则物质和暗物质仅通过引力相互作用,那么这些小星系中恒星的分布应该遵循一定的模式。如果暗物质和规则物质直接相互作用,那么这种分布将会扭曲。
为了验证这一点,研究小组对这两种情况进行了计算机模拟。他们发现,在非相互作用模型中,恒星的分布应该在UFD中心更为密集,而在边缘则更加分散。
在相互作用模型中,恒星的分布应该更加均匀。当他们将这些模型与六个星系的观测结果进行比较时,他们发现相互作用的模型更符合实际观测数据。
非相互作用和相互作用暗物质的比较。
因此,暗物质和常规物质之间的相互作用似乎超越了它们的引力。
尽管目前还没有足够的数据来确定这种相互作用的确切性质,但存在任何相互作用的事实已经令人惊讶。
这意味着,我们传统的暗物质模型至少有一部分是错误的。它还可能为直接探测暗物质的新方法指明方向。随着时间的推移,我们或许最终能解开这种黑暗但并非完全看不见的物质的神秘面纱。