暗物质是无差别的？还是自成体系？
暗物质在星系团内部的分布。图片展现的是阿贝尔520星系团，由两个处于融合过程中的子星系团组成。蓝绿色部分是暗物质的位置，那里星系较少，但是有很多炽热气体。科学家通过分析星系团所受引力影响的情况，推测暗物质团块的位置。 NASA / ESA / CFHT / CXO / M.J. Jee / A. Mahdavi
一批科学家近日使用计算机，对一个大胆的想法进行了模拟。这个想法是：看不见的暗物质拥有它们自己的组织体系，能够形成暗原子、暗分子，甚至暗恒星和暗星系。我们周围可能存在着一个看不见的暗物质世界，只与我们通过引力发生联系。
暗物质大约占我们这个宇宙质能总和的80%。到目前为止所有的观测数据都支持暗物质是一种粒子的假说，只是这是一种什么样的粒子众说纷纭。唯一可以确认的是暗物质粒子不和普通粒子发生除了引力之外的任何联系，就连光子也不与它作用。暗物质的本质已经超越了人类现有的物理学知识。但它看起来确实存在。
没有人知道暗物质是一种单一的粒子，还是由多种粒子组成的一个体系。普通物质粒子通过四大基本作用力：引力、电磁力、强互作用力和弱互作用力相互影响。暗物质粒子之间是否也存在某些专属的基本作用力不得而知。但这种说法并不牵强，理论上不排除有这种可能。
人类物理学建立在对称性的基础上，对称性描述的是粒子之间的深层数学关系。也许自然法则中还存在着某种未知的对称性，能够使得暗物质和普通物质能够成为一对双生子；也许普通物质之间的每一种相互作用，都能在暗物质身上找到对应体。比如在普通物质世界中，质子和电子可以光子这种电磁力的载体为媒介结合在一起形成原子；而在暗物质世界，也许一个暗质子也可以与一个暗电子以暗光子为媒介结合在一起形成暗原子。
假如暗物质世界真是如此，那么它的表现一定与暗物质只由单一粒子组成的世界极为不同。
理论上，由单一粒子组成的暗物质想要聚集起来相当困难，需要经历漫长的过程。普通物质形成世界，也要借助这些均匀的暗物质团块产生的引力。但除此之外，二者之间没有什么瓜葛，也没有什么相似之处。
而假如暗物质世界由多种粒子共同组成，且能通过暗作用力形成自己的内在结构，那么聚集起来的暗物质就可以形成暗物质星系，这些星系的形态、结构和规模可能和普通物质构成的星系不相上下。唯一不同的是，它们是看不见的。
研究人员正是基于这种想法，用计算机模拟了一种可能性，观察在这种情形下，我们所在宇宙中的星系会怎样演化，以及这种演化会带来什么样的差异。他们在模拟中让暗物质原子在暗作用力支配下自行演化，观察新出现的结构会如何通过新的引力布局，影响可见宇宙中的星系。
模拟结果显示，假如当前宇宙中的暗物质有6%能够形成暗原子，那么可见宇宙中的星系演化就会受到根本性的影响。因为在这种情况下，暗物质更容易通过释放出某种暗辐射，丢弃多余的能量而聚集在一起。模拟中，这些暗物质团块很快便演化出了围绕可见星系旋转的暗物质星系盘，这些暗物质星系盘的转速和可见星系盘的转速极为相近。
而事情还没完。暗物质会继续聚集形成暗物质云团，然后形成暗物质恒星，甚至最终形成暗物质黑洞。这些暗物质都会向星系中心下沉，使的星系中心的暗物质密度越来越高。
在这种情况下，可见星系中心的普通恒星产生速度会越来越快，远远超过单一粒子暗物质情形下星系中心的恒星产生速度。这实际上排除了一部分暗原子假说，因为它会使可见星系内部可以用来制造新恒星的物质过快耗尽。
但并不是所有暗原子理论都被排除，有一些模型因为超越了当前的观测极限而依旧存疑。未来人们或许可以通过寻找宇宙中恒星尺度上的微引力透镜现象，来定位暗原子团块，验证它们的可能性。
参考
Simulating Atomic Dark Matter in Milky Way Analogues
https://arxiv.org/abs/2304.09878
“星空天文”主题笔记本
来源：星空天文
