宇宙中的引力是從“大爆炸”中幾乎統(tǒng)一的狀態(tài)演變到現(xiàn)在的，當(dāng)時物質(zhì)集中在星系，恒星和行星中，這是由“暗物質(zhì)”提供的。至關(guān)重要的作用，這額外的材料戲劇，我們幾乎一無所知的性質(zhì)，行為和組成，這是現(xiàn)代物理學(xué)的基本問題之一。在最近的一篇文章天文學(xué)和天體物理學(xué)快報(bào)，加那利大學(xué)(IAC)/拉古納大學(xué)(ULL)和布宜諾斯艾利斯省西北大學(xué)(阿根廷胡寧)的科學(xué)家的研究表明，星系中的暗物質(zhì)隨即出現(xiàn)“最大熵”分布，揭示了其性質(zhì)。

暗物質(zhì)占宇宙物質(zhì)的85%，但暗物質(zhì)的存在僅在天文尺度上顯示。也就是說，由于其弱相互作用，只有在大量存在時才可以注意到凈效果。由于它很難冷卻，因此它形成的結(jié)構(gòu)通常比行星和恒星大得多。由于暗物質(zhì)的存在僅在大規(guī)模范圍內(nèi)出現(xiàn)，因此其性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)可能必須通過天體物理學(xué)研究來確定。

最大熵

要說暗物質(zhì)的分布是根據(jù)最大熵(相當(dāng)于“最大無序”或“熱力學(xué)平衡”)來組織的，則意味著它處于最可能的狀態(tài)。為了達(dá)到這種“最大紊亂”，暗物質(zhì)必須像氣體分子一樣在自身內(nèi)部發(fā)生碰撞，以達(dá)到平衡其密度，壓力和溫度的平衡。但是，我們不知道暗物質(zhì)如何達(dá)到這種平衡。

IAC研究人員若爾格·桑切斯·阿爾梅達(dá)(JorgeSánchezAlmeida)表示：“例如，與空氣中的分子不同，由于引力作用很弱，暗物質(zhì)粒子幾乎不應(yīng)該相互碰撞，因此它們達(dá)到平衡的機(jī)理是個謎。”誰是本文的第一作者。他補(bǔ)充說：“但是，如果他們確實(shí)發(fā)生了碰撞，那將賦予他們一種非常特殊的天性，這將在一定程度上解決其起源的神秘性。”

在矮星系中已檢測到最大的暗物質(zhì)熵，而暗星與總物質(zhì)的比例要比更大質(zhì)量的星系更高，因此更容易看到它們的作用。但是，研究人員希望這是所有類型星系中的普遍行為。

該研究表明，熱力學(xué)平衡中的物質(zhì)分布具有較低的中心密度，這是天文學(xué)家在許多實(shí)際應(yīng)用中所假定的，例如在正確解釋引力透鏡時，或在設(shè)計(jì)通過其自self滅檢測暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)時。

該中心密度是用重力透鏡正確解釋光的曲率的基礎(chǔ)：如果密度較小，則透鏡的作用會較小。要使用引力透鏡測量銀河系的質(zhì)量，需要一個模型，如果更改此模型，則測量值也會發(fā)生變化。

中心密度對于嘗試使用自身self滅檢測暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)也非常重要。兩個暗物質(zhì)粒子可能在一個極不可能的過程中相互作用并消失，但這是其性質(zhì)的特征。為了使兩個粒子相互作用，它們必須碰撞。這種碰撞的可能性取決于暗物質(zhì)的密度。暗物質(zhì)的濃度越高，粒子碰撞的可能性就越高。

“出于這個原因，如果密度發(fā)生變化，則自毀滅的預(yù)期生產(chǎn)率將會改變，并且鑒于實(shí)驗(yàn)是根據(jù)給定速率進(jìn)行預(yù)測而設(shè)計(jì)的，如果該速率非常低，則該實(shí)驗(yàn)不太可能產(chǎn)生積極的結(jié)果。”桑切斯·阿爾梅達(dá)(SánchezAlmeida)說。

最后，暗物質(zhì)的熱力學(xué)平衡也可以解釋星系的亮度分布。這種亮度以特定的方式隨著距星系中心的距離而下降，其物理起源尚不清楚，但是研究人員正為此努力證明，它是具有最大熵的平衡的結(jié)果。

模擬與觀察

數(shù)十年來，銀河系中心暗物質(zhì)的密度一直是個謎。模擬的預(yù)測(高密度)與觀察到的預(yù)測(低值)之間存在很大差異。天文學(xué)家提出了許多類型的機(jī)制來解決這一主要分歧。

在本文中，研究人員已經(jīng)證明，使用基本物理原理，可以在暗物質(zhì)處于平衡狀態(tài)(即暗物質(zhì)具有最大熵)的假設(shè)下復(fù)制觀察結(jié)果。該結(jié)果的后果可能非常重要，因?yàn)樗鼈儽砻靼滴镔|(zhì)已經(jīng)與其自身和/或與其余的“正常”(重子)物質(zhì)交換了能量。

IAC研究人員伊格納西奧·特魯希略(Ignacio Trujillo)表示：“與宇宙時代相比，在如此短的時間內(nèi)達(dá)到平衡的事實(shí)，可能是暗物質(zhì)與正常物質(zhì)之間除了重力之外還發(fā)生了某種相互作用的結(jié)果。”以及本文的合著者。“這種機(jī)制的確切性質(zhì)需要探索，但是了解到底是什么構(gòu)成了宇宙總物質(zhì)的組成部分，其后果可能會令人著迷。”