卫星星系可以帮助物理学家验证新的暗物质理论

暗物质被认为约占可观测宇宙中所有物质的85%，但人们对这个神秘的东西知之甚少。环绕银河系主星系运行的卫星星系可以帮助研究人员解开现代科学中最大的谜团之一——暗物质。

加州大学河滨分校的研究人员称，一种名为“自相互作用暗物质”(SIDM)的新理论可以解释两个小伴生星系——德拉科和福尔纳克斯的行为。这些天体是伴随银河系的九个明亮的卫星星系之一。

由加州大学河滨分校的一个研究小组进行的模拟测试了银河系的潮汐场，类似于通过测量不同地方的地面坡度来检测一块土地。就像一个奔跑的孩子会受到不平坦地面的影响一样，subhalos(暗物质团块)会随着星系周围不同位置的引力而移动。

暗物质不发出任何光或其他辐射(因此得名)，但它的引力效应在整个宇宙中都可以看到。如果没有暗物质，星系就会四散开来，星系团就不会聚集在一起。20世纪30年代，天文学家弗里茨·兹威基首次在星系之间发现了这种神秘的物质，而在亚利桑那州基特峰天文台工作的维拉·鲁宾则首次在星系内部发现了这种物质。这个东西的本质至今仍是个谜。

宇宙的许多特征可以用冷暗物质模型(CDM)来解释，包括宇宙结构是如何形成的。然而，CDM很难解释不同星系周围暗物质分布的多样性。

“我们发现，SIDM可以在德拉科和天炉晕中产生不同的暗物质分布，这与观测结果一致。在SIDM中，subhalos和银河系的潮汐之间的相互作用导致了在subhalos内部区域中更加多样化的暗物质分布，这是与CDM相比较的。

你有资格说，如果你那么聪明，为什么不告诉我暗物质是什么?我得承认我不知道。-天体物理学家吉姆·皮伯斯

之所以选择Draco和Fornax作为研究对象，是因为它们非常不同。在它的9个伴星中，德拉科的内部暗物质浓度最高，而Fornax的浓度最低，这对伴星非常适合研究暗物质的影响。

研究小组利用n体模拟重现了这些星体在我们的星系内部复杂的重力场中绕轨道运行的路径。

传统的CDM模型认为，暗物质粒子是无碰撞的，而暗物质晕构成了引力脚手架，使星系相互隔绝。

与这个模型相反，SIDM认为粒子通过一种新的暗力相互作用。在星系的内部晕圈内，暗物质粒子会相互作用，这个过程被称为暗物质的自我作用。

研究人员在一篇发表在《物理评论快报》上的期刊文章中描述道:“与冷暗物质相比，subhalos和银河系的潮汐之间的相互作用导致内部区域的暗物质分布更加多样化。”

SIDM预测，这种运动会导致暗物质的核心坍缩。当暗物质晕的内部部分在引力的作用下崩塌时，就会产生一个神秘物质密集的区域。模拟显示，这种坍塌可能发生在正在研究的subhalos中，这与CDM模型的预测相反。

“我们的工作表明，银河系的卫星星系可能为不同的暗物质理论提供重要的测试。“我们展示了暗物质自身相互作用和潮汐相互作用之间的相互作用可以在SIDM中产生新的特征，这在主流的清洁发展机制理论中是不可能的，”劳拉·萨勒斯解释道，她是加州大学滨水区分校的物理学和天文学助理教授。

对暗物质和星系潮汐相互作用之间相互作用的检查显示，SIDM亚晕中的暗物质数量可能会随时间增加，这与预期相反。

研究人员打算将这项研究扩展到更遥远、更暗淡、环绕银河系的卫星星系。

如果SIDM模型被证明是正确的，两个奇怪的卫星星系可能会帮助我们理解现代科学中最大的谜团之一。