宇宙中存在着某种东西。我们看不见它，摸不着它，我们只知道它的存在是因为它对宇宙物体施加的引力。几十年来，关于暗物质的故事一直在不断揭示这种神秘物质“不是什么”，可能性逐渐减少，这让物理学家越来越感到不安。当最后一个候选者被排除时会发生什么？我们是否注定永远无法一窥构成宇宙中约 25% 质量的物质的本质？
今年早春，这种令人沮丧的叙述出现了一个充满希望的转折。研究人员发现了多年来最引人入胜的线索之一：一种新力的迹象，这种力可能使暗物质能够“与自身对话”。这一见解将有助于解释暗物质可能由哪种粒子构成。
这条线索出现在对宇宙一角（称为阿贝尔3827星系团）的观测中。天文学家最近通过一种称为引力透镜（光线在靠近大质量物体时弯曲）的现象，追踪了该星系团中四个碰撞星系内暗物质的位置。哈勃太空望远镜和智利的甚大望远镜的观测表明，至少其中一个星系周围的暗物质明显落后于那里的普通物质，这表明暗物质粒子之间正在相互作用并减慢自身速度——这是一种前所未见的现象。
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由英国杜伦大学的理查德·马西领导的天文学家推测，由于这些相互作用没有影响普通物质，它们必定是通过某种引力以外的、仅影响暗物质的力发生的。例如，交换“暗光子”可能会产生这种力。这种情况可能类似于普通质子通过电磁力相互作用的方式：当两个质子相互靠近时，每个质子都会释放一个光子——电磁力的力载体——而另一个质子会吸收它。这种交换传递动量，导致两个质子分离。
这个消息激发了物理学家寻找答案。“如果这种情况成立，那将意义重大，”纽约大学物理学家尼尔·韦纳说，他没有参与这项研究。暗光子的情景改变了对暗物质最基本和最流行的概念，即暗物质是一种单一类型的粒子，通常被称为弱相互作用大质量粒子，或WIMP。但是，暗物质不仅涉及暗光子，还涉及奇异相互作用的想法，可能有助于解释单粒子WIMP暗物质解释中的一些问题，例如为什么星系中心比预期密度低。
这个概念还将大大帮助物理学家缩小暗物质候选者的名单。“尽管我们从各种各样的来源获得了暗物质的证据，”韦纳说，“但到目前为止，除了它的引力相互作用之外，我们还没有任何明确的迹象。如果它被证明在这种程度上具有自相互作用，它将消除大量关于暗物质可能是什么的模型。” 特别是，这项于四月在网上发布，并于六月发表在《皇家天文学会月刊》上的发现，可能与超对称理论预测暗物质是一种粒子的许多流行版本相冲突。超对称——一个有吸引力的想法，试图解释物理学的许多谜团，例如为什么希格斯玻色子的质量如此之低——假设宇宙中存在比迄今为止发现的更多的粒子。然而，如果其中一种粒子（可能是WIMP）是暗物质的原因，那么该理论的大多数版本都不会预测自相互作用。
该研究的合著者表示，现在排除对其观测结果的更平凡的解释还为时过早。例如，碰撞星系外部但在地球视线方向上的暗物质可能正在促成引力透镜。“这项新研究的一个警告是，它只是一个物体，”洛桑瑞士联邦理工学院的团队成员大卫·哈维说。“可能存在未知的未知因素正在改变结果。” 之前在其他星系团中的搜索也没有看到自相互作用暗物质的迹象，包括哈维领导的 3 月份《科学》杂志上的一项研究，该研究分析了 72 个星系团碰撞，而不是单个星系。然而，由于星系团的碰撞速度快于星系，暗物质相互作用和拖后的时间较少，因此这两项发现并不矛盾。
如果最近的观测结果最终未能反映新的力或暗物质相互作用，那么阿贝尔3827将成为暗物质不是什么的又一个例子。与此同时，地下探测器中寻找暗物质粒子的工作继续一无所获，暗物质也未能出现在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机中。科学家们希望这些趋势可能很快会改变：对撞机于四月以迄今为止最高的能量水平重新启动，探测器现在极其敏感。“暗物质一直难以捉摸，但我们从未拥有我们将要拥有的数据，”哈维说。“我觉得现在是时候了。”