一项发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 简称JCAP）上的最新研究，深入探讨了当暗物质粒子间存在一种额外的吸引力时，宇宙将如何演化。研究结果出人意料地反直觉：尽管这种“暗力”能更有效地促使暗物质聚集，但它通常并不会加速宇宙结构的生长，反而倾向于减缓这一进程。

为何科学家考虑存在“暗力”？

随着宇宙高精度观测数据的不断积累，科学家们发现某些结果与现有理论模型并非完全吻合，这促使他们开始考虑“暗力”存在的可能性。

例如，对宇宙膨胀率以及星系及其他大尺度结构形成过程的测量，有时会呈现出略微不同的图景。一些对遥远宇宙的观测数据表明，宇宙在过去可能以比标准宇宙学模型预测的更慢的速度膨胀。

与此同时，长期以来对宇宙微波背景辐射（CMB）的研究也暗示，在宇宙的最大尺度上，物质的聚集程度可能比预期更为紧密。

尽管这些差异相对微小，但它们已足以促使科学家们思考，标准宇宙学模型是否可能遗漏了某个关键组成部分。

一种可能性是，暗物质粒子可能感受到一种普通物质无法探测到的额外作用力。由于这种相互作用仅发生在暗物质内部，研究人员将其称为“暗力”。这种相互作用有可能同时影响宇宙的膨胀以及星系和更大宇宙结构的形成。

“迄今为止，我们对暗物质的了解仅限于其引力效应，”该研究的通讯作者、圆周理论物理研究所（Perimeter Institute for Theoretical Physics）研究员扎卡里·韦纳（Zachary Weiner）表示，“这为暗物质可能存在其他隐藏于普通物质的相互作用留下了可能性。”

超越引力的作用力测试

研究团队深入探究了一组理论模型，其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。

科学家们结合理论计算和宇宙学数据，研究了这种隐藏的相互作用将如何影响宇宙膨胀的历史以及大尺度结构的生长。

最初，人们普遍预期结果会很直接：如果暗物质粒子通过额外的吸引力相互作用，它们应该会更快地聚集形成团块。这种更强的聚集效应似乎也能解释观测中暗示宇宙包含比预测更致密结构的现象。

韦纳指出：“你首先会想到的是，赋予暗物质额外的吸引力应该会加速结构的生长。但与此同时，另一种效应也开始发挥作用。”

对宇宙生长的意外影响

在研究人员所检验的模型中，这种额外的作用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表现出的行为。

这种相互作用导致暗物质粒子随时间推移有效质量逐渐减少。这种质量的减少削弱了它们的引力影响，从而抵消了由隐藏“暗力”产生的更强吸引力。

结果是，增强的暗物质聚集并未在宇宙微波背景辐射上留下更强的引力印记。在大多数情况下，这两种效应的结合实际上抑制了宇宙结构的生长。

对DESI及暗能量模型的启示

这些发现对超越单纯暗物质理论的更广泛理论可能具有重要意义。例如，一些为解释暗能量光谱仪（Dark Energy Spectroscopic Instrument, 简称DESI）近期测量结果而提出的理论，就涉及暗物质粒子间类似的相互作用。

研究人员表示，新识别出的这一机制很可能也会影响许多更为复杂的模型。任何涉及隐藏吸引力的理论，都可能需要考虑暗物质在宇宙演化过程中有效质量可能变轻的可能性。

未来来自新一代天文台和宇宙巡天项目的更精确测量，有望帮助科学家们确定暗物质可能拥有哪些隐藏的相互作用，并排除哪些可能性。

韦纳总结道：“宇宙往往比我们的直觉更为精妙。这正是我们必须不断检验这些想法的原因。”