另一方面，天體物理學家試圖找到可以解釋暗物質行為的理論基礎。到目前為止，爭論集中在它是“熱”還是“冷”的問題上，由于其相對簡單，冷的觀點比較占優勢。然而，由哈佛 - 史密森尼天體物理中心（CfA）領導的一項新研究revits Dark Matter可能實際上是“溫暖”的想法。
這是基于宇宙模型的宇宙學模擬，使用包含溫暖暗物質的宇宙模型。模擬由CfA，麻省理工學院Kavli天體物理與空間研究所，萊布尼茨波茨坦天體物理研究所和多所大學的國際研究團隊進行。該研究最近出現在皇家天文學會的月刊中。
科學家對LCDM宇宙學模型的表示
當它出現時，Dark Matter被恰當地命名。對于初學者來說，它占宇宙質量的大約84％但是既不發射，也不吸收或反射光或任何其他已知形式的輻射。其次，它沒有電磁荷，除了通過引力之外不與其他物質相互作用，這是四種基本力中最弱的。
第三，它不是由原子或它們通常的構件（即電子，質子和中子）組成，這有助于它的神秘性。因此，科學家們推測它必須由一些符合宇宙定律的新物質組成，但在傳統的粒子物理研究中并沒有出現。
無論其真實本質如何，自從大爆炸事件發生大約10億年以來，暗物質對宇宙的演化產生了深遠的影響。事實上，人們認為它在從星系的形成到宇宙微波背景（CMB）輻射分布的各個方面發揮了關鍵作用。
大約十億年前兩個星系形成的模擬圖
更重要的是，考慮到暗物質所起作用的宇宙學模型得到了對這兩種截然不同的宇宙結構的觀察的支持。而且，它們與宇宙參數一致，如宇宙膨脹的速度，它本身受到神秘的，不可見的力（稱為“ 暗能量 ”）的影響。
目前，最廣泛接受的暗物質模型假設它不會與重力影響之外的任何其他物質或輻射（包括其自身）相互作用 - 即它是“冷”的。這就是所謂的冷暗物質（CDM）場景，它通常與LCDM宇宙學模型形式的暗能量理論（由Lambda表示）相結合。
正如CfA的天文學家和研究的主要作者Sownak Bose博士通過電子郵件向今日宇宙解釋：
“[CDM]是經過最佳測試和首選的模型。這主要是因為在過去四十年左右的時間里，人們一直在努力使用冷暗物質作為標準范例進行預測 - 然后將這些范式與實際數據進行比較 - 發現一般來說，這個模型能夠在各種尺度上重現各種觀察到的現象。“
正如他所描述的那樣，在宇宙演化的數值模擬使用“熱暗物質”（在這種情況下是中微子）進行數字模擬之后，冷暗物質場景成為了領跑者。這些亞原子粒子非常類似于電子，但沒有電荷。它們也很輕，以近乎光速的速度穿過宇宙（換句話說，它們在運動學上很“熱”）。
這些模擬表明，預測的分布看起來與今天的宇宙無關，“Bose補充道。“出于這個原因，開始考慮相反的限制，當它們出生時幾乎沒有任何速度的粒子（又稱”冷“）。包含該候選者的模擬更符合現代宇宙觀測。
“在進行了與以前相同的星系聚類測試之后，天文學家發現了模擬廣告觀測到的宇宙之間的驚人一致性。在隨后的幾十年中，冷顆粒通過比簡單的星系聚類更嚴格，非平凡的測試進行了測試，并且它通常以漂亮的顏色通過這些測試。
另一個吸引力的來源是，冷暗物質（至少在理論上）應該是直接或間接可檢測的。然而，這是CDM遇到麻煩的地方，因為到目前為止所有檢測單個粒子的嘗試都失敗了。因此，宇宙學家已經考慮考慮其他可能與其他物質具有更小水平相互作用的候選者。
這就是CfA的天文學家Sownak Bose試圖與他的研究團隊決定。為了他們的學習，他們專注于一個“溫暖的”暗物質候選人。該理論粒子具有與接近光速移動的非常輕的粒子巧妙地相互作用的能力。
特別是，它可以與中微子相互作用，中微子是HDM場景的前者。人們認為中微子在炎熱的早期宇宙中非常普遍，因此“溫暖的”暗物質的存在會產生強烈的影響。
“在這類模型中，暗物質粒子可以與光子或中微子等輻射物質進行有限（但弱）相互作用，”Bose博士說。“這種耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了一個相當獨特的印記，這與暗物質是一個冷粒子時的預期有很大的不同。”
美國宇航局哈勃太空望遠鏡拍攝的漩渦星系的可見光（左）和紅外圖像（右）
為了測試這一點，該團隊在哈佛大學和冰島大學的超級計算設施中進行了最先進的宇宙學模擬。這些模擬考慮了大爆炸后大約10億到大約140億年（大約現在），溫暖和暗物質的存在將如何影響星系的形成。Bose博士說：
“[W]進行了計算機模擬，以生成這個宇宙在經過14億年的演變后可能會是什么樣子的實現。除了對暗物質成分建模外，我們還包括最先進的恒星形成處方，超新星和黑洞的影響，金屬的形成等。“
然后，團隊將結果相互比較，以確定可以區分彼此的特征簽名。他們發現，對于許多模擬來說，這個溫暖的暗物質的影響太小而不明顯。然而，它們以一些不同的方式存在，特別是在遙遠的星系分布在整個太空中的方式。
這一觀察結果特別有趣，因為它可以在未來使用下一代儀器進行測試。“這樣做的方法是通過觀察氫氣的分布來早期繪制宇宙的凹凸，”Bose博士解釋說。“從觀測的角度來看，這是一項成熟的技術：我們可以通過觀察遙遠星系（通常是類星體）的光譜探測早期宇宙中的中性氫。”
計算機模擬宇宙中物質的分布。橙色地區擁有星系; 藍色結構是氣體和暗物質
簡而言之，從遙遠的星系向我們傳播的光必須通過星系間介質。如果在介入介質中存在大量中性氫，則來自星系的發射線將被部分吸收，而如果幾乎沒有，則它們將不受阻礙。如果暗物質真的很冷，它將以氫氣的“更大”分布的形式出現，而WDM場景將導致振蕩的塊狀物。
目前，天文儀器沒有必要的分辨率來測量早期宇宙中的氫氣振蕩。但正如博斯博士指出的那樣，這項研究可以為新實驗和能夠進行這些觀察的新設施提供動力。
例如，像詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）這樣的紅外儀器可用于創建新的氫氣吸收分布圖。這些地圖既可以確認溫暖暗物質的影響，也可以將其作為候選者進行排除。人們還希望這項研究能夠激發人們對已經考慮過的候選人的思考。
最后，正如博森博士所說，真正的價值來自這樣一個事實：這些理論預測可以刺激觀察到新的領域，并測試我們認為我們所知道的極限。“這就是科學真正的全部，”他補充道，“做出預測，提出測試方法，進行實驗，然后限制/排除理論！”
