在對暗物質進行了數十年的研究之後，科學家們反覆發現了它不可能是什麼的證據，但很少有跡象表明它是什麼。這種情況可能剛剛改變。一項對四個碰撞星系的研究首次表明，其中的暗物質可能透過某種未知的力（而非引力）與自身相互作用，這種力對普通物質沒有影響。這一發現可能是關於構成宇宙中被認為佔24%的不可見物質的重要線索。
“如果得到證實，這個結果可能會顛覆我們對暗物質的理解，”伊利諾伊州費米國家加速器實驗室的物理學家唐·林肯說，他沒有參與這項研究。所謂“自相互作用暗物質”已經被提出一段時間了，但它通常被認為是異端邪說。最簡單的暗物質模型將其描繪成一個單一粒子——一個恰好很少或根本不與其同類和其他普通物質相互作用的粒子。物理學家傾向於最基本的解釋，以符合要求，並且僅在必要時才新增額外的複雜性，因此這種情況往往是最受歡迎的。暗物質要與自身相互作用，不僅需要暗物質粒子，還需要一種暗力來支配它們的相互作用，以及暗玻色子粒子來傳遞這種力。這種更復雜的圖景反映了我們對普通物質粒子的理解，普通物質粒子透過傳遞力的粒子相互作用。例如，質子透過電磁力相互作用，電磁力由稱為光子的粒子（光粒子）攜帶。
現在，由英國杜倫大學的理查德·梅西領導的科學家在英國皇家天文學會月刊上報告了暗力和暗玻色子可能真實存在的最初跡象。研究人員使用智利甚大望遠鏡上的 MUSE（多單元光譜探測器）儀器，以及哈勃太空望遠鏡，檢查了阿貝爾3827星系團，那裡有四個星系在宇宙車禍中碰撞。
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為了確定看不見的暗物質位於何處，天文學家利用了愛因斯坦廣義相對論預測的一種自然現象，稱為引力透鏡。當質量扭曲時空時，就會發生透鏡效應，導致穿過這個彎曲區域的光線採取彎曲路徑。阿貝爾3827中的暗物質非常豐富，因此它顯著地扭曲了周圍的空間。當來自星系團後面遙遠物體的光線傳播到地球時，它會穿過這個扭曲的區域，併產生明顯的透鏡效應跡象，例如光弧和雙重影像，天文學家使用這些跡象來“稱量”星系團中看不見的物質。科學家們發現，在至少一個碰撞星系中，星系中的暗物質已經與其恆星和其他可見物質分離了約 5,000 光年。一種解釋是，來自這個星系的暗物質與來自飛過它的另一個星系的暗物質相互作用，這些相互作用減慢了它的速度，導致它分離並落後於普通物質。
這種相互作用類似於兩個質子彼此靠近時發生的情況。每個質子釋放出一個光子，該光子被另一個質子吸收，導致兩個粒子都反衝。這種排斥力發生在任何兩個具有相同電磁電荷的粒子之間，並且也可能發生在任何兩個暗物質粒子之間。但是，由於暗物質不受電磁力的影響，只有一種新的“暗”力（由所謂的暗光子攜帶）才能產生排斥力。也可能只有一部分暗物質與自身相互作用，而大部分暗物質是更傳統的單粒子型別。“對於我們那種模型來說，這似乎非常好，其中只有一小部分暗物質相互作用，”哈佛大學物理學家麗莎·蘭德爾說，她設想了這樣一個模型。
研究負責人對解釋他們的觀測結果持謹慎態度。“這非常非常令人興奮，因為這是首次潛在地探測到非引力相互作用，但我們必須在更多這些物體中看到這一點，”瑞士洛桑聯邦理工學院的團隊成員大衛·哈維說。“這絕不是確定的。” 例如，望遠鏡觀察到的模式可能是由星系團外部但沿著地球視線的額外暗物質引起的，而不是自相互作用暗物質。“這是其中一種情況，如果最終結果是暗物質，那將非常令人興奮，但每個人都需要在處理它時保持一點謹慎，僅僅因為這個簡單的事實，”紐約大學物理學家尼爾·韋納說，他沒有參與這項研究。
韋納說，具有暗力和暗光子的自相互作用暗物質可能不如單粒子解釋那麼簡單，但它同樣是一個合理的想法。“考慮暗物質具有自身相互作用的最強烈的動機僅僅是，當我們檢視描述所有已知粒子和力的‘標準模型’時，‘我們看到它充滿了各種不同的相互作用。暗物質可能具有自身的力量似乎很自然。’” 這種設定也可以解釋單粒子模型的預測與天文學家實際觀察到的一些微小差異。例如，單粒子模型認為星系中心應該比實際更密集；然而，如果暗物質與自身相互作用，它就會傾向於在星系核中碰撞並推開。
到目前為止，在其他星系碰撞中還沒有出現自相互作用暗物質的跡象。另一個著名的碰撞地點，子彈星系團，是第一個提供暗物質存在有力證據的星系團之一，因為引力透鏡效應表明，星系團的大部分質量位於與可見物質不同的位置。但是那裡的分離還不夠大，無法表明暗物質正在相互作用。“這個結果與子彈星系團並不衝突，”加州大學戴維斯分校的馬魯莎·布拉達奇說，她是 2006 年最初的子彈星系團研究的負責人之一，因為那個例子只對相互作用的強度設定了上限。哈維領導的另一項最近的研究於 3 月發表在科學雜誌上，調查了 72 個星系團碰撞，也沒有發現自相互作用暗物質的跡象。但是該研究的目標以及子彈星系團都是碰撞的星系團——而不是像阿貝爾3827中那樣的單個星系碰撞在一起。單個星系碰撞的速度比整個星系團碰撞的速度慢，這可能給了暗物質粒子更多的時間相互作用並減速。真正的考驗將來自天文學家觀察其他單個星系碰撞時。“我們可以觀察的其他星系團處於類似狀態，但沒有一個像這個一樣完美，”哈維說。“但透過未來的調查，我們有望能夠看到這些物體。”