加州大学河滨分校 图为德拉科(左)和福内克斯
信用:对于德拉科图像:哈勃太空望远镜；用于穹窿影像:欧洲南方天文台/数字化天空测量2
加州大学河滨分校的物理学家领导的一个研究小组报告说，银河系的微小卫星星系可以用来测试“暗物质”的基本属性——不发光的物质被认为构成了宇宙中85%的物质
通过复杂的模拟，研究人员展示了一种叫做自作用暗物质(或称SIDM)的理论，这种理论可以令人信服地解释银河系50多个已发现的卫星星系中的两个——德拉科和福内克斯——的不同暗物质分布
流行的暗物质理论，被称为冷暗物质，解释了宇宙的大部分，包括结构是如何在其中出现的
但清洁发展机制面临的一个长期挑战是解释星系中不同的暗物质分布
由加州大学河滨分校的于海波和劳拉五世领导的研究人员
塞尔研究了银河系“潮汐场”中SIDM“子晕”的演化——一个卫星星系以潮汐力的形式感受到的银河系重力场梯度
次级晕是容纳卫星星系的暗物质团
“我们发现能够在天穹和天穹的光晕中产生多种多样的暗物质分布，这与观测结果一致，”于说，他是一位物理学和天文学的副教授，也是一位在暗物质粒子特性方面有专长的理论物理学家
“在SIDM，次级晕和银河系潮汐之间的相互作用导致次级晕内部区域的暗物质分布比清洁发展机制区域更加多样化
" 德拉科和福内克斯在他们内在的暗物质含量上有相反的极端
德拉科是九个明亮的银河系卫星星系中暗物质密度最高的；穹窿最低
利用先进的天文测量，天体物理学家最近重建了他们在银河系潮汐场中的轨道轨迹
“我们的挑战是根据这些新测量的轨道轨迹来理解德拉科和福内克斯不同暗物质分布的起源，”于说
“我们发现，在考虑了潮汐效应和暗物质自身相互作用之后，SIDM可以给出一个解释
" 研究结果出现在《物理评论快报》上
青色的点合起来代表卫星
银河系位于粉色虚线的交叉点(动画的中心)
以千兆年为单位的进化时间显示在动画的左上角
在这个视频中，我们看到卫星在宿主(银河系)的重力影响下，围绕着宿主的质心旋转
卫星经过几次飞行后失去了大部分质量
这被称为潮汐剥离
如果卫星在这个过程中被完全摧毁，这被称为潮汐破坏
整个模拟运行100亿年；这个动画由100个快照组成
信用:Omid Sameie 暗物质的性质在很大程度上仍然未知
与普通物质不同，它不吸收、反射或发射光，因此很难被探测到
识别暗物质的性质是粒子物理学和天体物理学的中心任务
在清洁发展机制中，暗物质粒子被认为是无碰撞的，每个星系都位于一个暗物质晕内，形成了将它们聚集在一起的引力支架
在SIDM，暗物质被提议通过一种新的黑暗力量进行自我相互作用
暗物质粒子被认为在靠近星系中心的内晕中相互强烈碰撞——这一过程被称为暗物质自我相互作用
“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，”物理学和天文学助理教授、擅长星系形成的数值模拟的天体物理学家塞勒斯说
“我们表明，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产生新的信号，这在主流的清洁发展机制理论中是不可预料的
" 在他们的工作中，研究人员主要使用数值模拟，称为“N体模拟”，并在运行模拟之前通过分析建模获得有价值的直觉
“我们的模拟揭示了潮汐场中次晕演化时的新奇动力学，”曾与于和Sales合作的研究生、现为德克萨斯大学奥斯丁分校从事星系形成数值模拟的博士后研究人员奥米德·萨美伊(Omid Sameie)说
“人们认为对德拉科的观察与SIDM的预测不一致
但是我们发现SIDM的一个次晕可以产生高暗物质密度来解释德拉科
" 销售人员解释说，SIDM预测了一种叫做“核心崩溃”的独特现象
“在某些情况下，光环的内部会在重力的影响下坍塌，产生高密度
这与通常认为暗物质自我相互作用会导致低密度晕圈的预期相反
销售人员说，该团队的模拟确定了在子晕中发生核心坍塌的条件
“为了解释德拉科的高暗物质密度，它的初始光晕浓度需要很高，”她说
“需要在内晕中分布更多的暗物质质量
虽然这对清洁发展机制和SIDM来说都是正确的，但对SIDM来说，只有当浓度高到坍缩时间尺度小于宇宙年龄时，才能发生核心坍缩现象
另一方面，穹窿具有低浓度的次晕，因此其密度保持较低
" 研究人员强调，他们目前的工作主要集中在SIDM，并没有对清洁发展机制如何很好地解释德拉科和福内克斯做出批判性评估
在该团队使用数值模拟来适当考虑暗物质自身相互作用和潮汐相互作用之间的动态相互作用后，研究人员观察到了一个惊人的结果
“与通常的预期相反，SIDM次晕的中心暗物质可能正在增加，”萨米说
“重要的是，我们的模拟确定了这种现象在SIDM发生的条件，我们表明它可以解释对德拉科的观察
" 研究小组计划将研究扩展到其他卫星星系，包括超微弱星系
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