暗物质，宇宙最爱的隐形谜团，通常被描述为只对引力有反应的物质。但科学家们从不满足于简单的故事，现在正在探索一个更复杂的可能性：暗物质粒子可能还通过它们自己的隐藏力量相互作用。发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》（JCAP）上的一项新研究探讨了如果暗物质经历额外的吸引力会发生什么。结果出人意料地反直觉：尽管这种力量使暗物质更有效地聚集，但它通常不会加速宇宙结构的增长。相反，它倾向于减缓这种增长。

为什么科学家要考虑“暗力量”？因为对宇宙的高度精确观测产生的结果并不总是完全一致。对宇宙膨胀以及星系和其他大型结构发展的测量有时似乎讲述着略有不同的故事。对遥远宇宙的一些观测表明，过去的膨胀速度可能比标准宇宙学模型预测的要慢一些。与此同时，对宇宙微波背景的研究长期以来一直表明，物质在宇宙最大尺度上的聚集可能比预期的更紧密。这些差异相对较小，但它们鼓励科学家质疑标准宇宙学模型是否缺少一个重要成分。

一种可能性是暗物质粒子感受到一种普通物质无法探测到的额外力量。因为这种相互作用只在暗物质部门内运作，研究人员将其称为“暗力量”。这种相互作用可能影响宇宙的膨胀以及星系和更大宇宙结构的形成。“我们对暗物质的真正了解迄今为止仅通过其引力效应获得，”该研究的通讯作者、圆周理论物理研究所的研究员扎卡里·韦纳说。“这留下了暗物质可能具有对普通物质隐藏的额外相互作用的可能性。”

研究团队调查了一组理论模型，其中暗物质粒子通过长程力与引力相互作用。利用理论计算和宇宙学数据，科学家们研究了这种隐藏的相互作用将如何影响宇宙膨胀的历史和大型结构的增长。起初，预期结果似乎很简单：如果暗物质粒子通过另一种力量相互吸引，它们应该更快地聚集在一起。这种更强的聚集也可能似乎解释了表明宇宙包含比预测更密集结构的观测。“你首先会期望给暗物质一个额外的吸引力会使结构增长更快，”韦纳说。“但另一个效应同时起作用。”

在研究人员检查的模型中，额外的力量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时的行为。同一过程导致暗物质粒子随时间有效失去质量。这种减少削弱了它们的引力影响，抵消了隐藏力量产生的更强吸引力。结果，增强的聚集不会在宇宙微波背景上产生更强的引力印记。在大多数情况下，综合效应实际上抑制了宇宙结构的增长。

这些发现可能对超越暗物质本身的理论很重要。为暗能量光谱仪器（DESI）最近测量提出的一些解释涉及暗物质粒子之间的类似相互作用。根据研究人员的说法，新识别的机制很可能影响许多更复杂的模型。