宇宙中约85%的物质是“看不见”的暗物质，它们不发光，却通过引力塑造星系运动，成为物质主宰。然而，我们对暗物质本质知之甚少。2025年5月21日，中国科学技术大学团队在《自然》期刊发表突破性研究，首次观测到“弥散矮星系超强的成团性”，揭示了“暗物质晕集聚偏置”现象。这一异常发现直接挑战主流冷暗物质模型（CDM），为理解暗物质提供了全新线索，引发科学界震动。
暗物质的基本概念与探测挑战
暗物质不同于普通重子物质，它们不参与电磁相互作用，因此无法直接观测。天文学家通过引力效应推断其存在：暗物质的质量能改变星系运动状态、弯曲光线，从而揭示其在宇宙中的主导地位。尽管暗物质总量巨大，但人类对其本质的认知仍停留在理论模型层面，包括冷暗物质（CDM）、温暗物质和自相互作用暗物质（SIDM）。其中，CDM模型假设暗物质粒子本征运动速度小，是当前主流框架；温暗物质粒子运动速度较大；SIDM则允许暗物质粒子间发生碰撞式相互作用。
暗物质晕（Dark Matter Halo）是由暗物质构成的引力束缚结构，作为星系形成的基础框架。不同模型对暗物质晕内密度分布有不同预言：CDM在高密度区域产生尖峰结构（cusp），而温暗物质和SIDM则形成平台结构（core）。通过测量矮星系（质量不足银河系1%的小型星系）内部恒星或气体的旋转速度，科学家发现暗物质分布支持core结构，这对CDM模型提出初步质疑。然而，CDM支持者提出超新星反馈机制作为解释：星系中的气体外流降低引力势阱，将CDM的cusp转化为core。这一解释看似合理，但缺乏独立观测证据验证。
新发现：弥散矮星系的异常成团性
中科大团队在研究矮星系空间分布时，观察到反直觉的异常现象：弥散矮星系（尺寸较大的矮星系）的“成团性”远高于致密矮星系（尺寸较小的矮星系）。成团性指星系在空间分布的聚集程度；高成团性表示星系倾向聚集，低成团性则倾向均匀分布。这一发现颠覆传统认知——基于大质量星系的研究表明，致密星系的成团性更高。这表明矮星系形成过程存在独特物理机制。
具体而言，弥散矮星系在宇宙尺度上展现出超强成团性，证实了“暗物质晕集聚偏置”现象。在CDM框架下，学者曾提出多种弥散矮星系形成模型，包括外流模型（超新星反馈驱散气体，导致暗物质结构膨胀形成core）、自旋模型和环境效应模型。但团队分析模拟结果发现，这些模型均无法再现观测事实：现有反馈模型得到的弥散矮星系与其他矮星系成团性无差异；其他CDM模型同样失败。这一异常揭示了CDM模型的局限性，迫使科学家转向替代理论。
SIDM模型：解释异常的关键
自相互作用暗物质模型（SIDM）成功解释了弥散矮星系的成团性异常。宇宙学数值模拟表明，年老暗晕（形成较早的暗物质结构）的成团性高于年轻暗晕。如果年老暗晕与弥散矮星系关联，就能解释其高成团性特征。在SIDM框架下，年老暗晕因形成时间早，暗物质自相互作用持续时间长，过程中产生的“热量”注入暗晕核心，导致核心结构膨胀，削弱中心引力势阱。这促使星系密度降低，形成弥散矮星系——效果类似外流模型，但机制源于暗物质本身属性。
团队基于SIDM建立的定量理论模型完美再现了观测事实：暗物质相互作用引起的膨胀直接关联到弥散矮星系的形成，并解释了其高成团性。这一结果提供了独立支持SIDM模型的证据。相比之下，温暗物质模型虽能在暗晕中心产生core，但其过程与年龄无关，无法解释成团性异常。CDM框架下的外流模型虽能处理cusp-core问题，却无法解释成团性差异，突显SIDM的优越性。
研究意义与未来方向
此次发现不仅挑战了主流CDM模型和现有星系形成理论，还为暗物质本质提供了新线索。它证实了暗物质晕集聚偏置现象的普遍性，表明宇宙大尺度结构与星系协同演化可能受暗物质相互作用驱动。未来，通过中国科大与紫金山天文台联合建设的墨子巡天望远镜，团队计划扩大样本，深入研究弥散矮星系的分布规律及暗物质性质。这将深化人类对宇宙起源的理解，推动物理和天文领域的范式变革。
中科大这项研究以实证数据撬动了传统理论基石，证明科学进步源于观测与模型的不断碰撞。暗物质之谜远未解开，但每一次异常发现都是通往真理的阶梯。随着墨子望远镜的启用，人类对宇宙暗面的探索将步入新纪元，或许在不远的未来，我们能揭开暗物质的神秘面纱，重塑对物质宇宙的认知。