冷暗物質

當我們說一團氣體「熱」或「冷」時，真正的意思是它的粒子運動得快還是慢。同樣的詞也用在暗物質上。「冷」暗物質指的是相對光速運動緩慢的暗物質粒子——慢到在早期宇宙中能夠在重力作用下聚團，而不是在空間裡自由穿行。這一條性質，竟塑造了整個宇宙的構造。

速度為什麼這麼要緊？在年輕的宇宙裡，物質幾乎是平滑的，只有密度上極微小的漣漪。隨後重力把這些漣漪放大成星系和星系團。如果暗物質是「熱」的——像微中子那樣接近光速運動——它就會從小漣漪裡衝出去、把它們抹平，於是結構會自上而下形成：巨大的超星系團碎裂成星系。但我們看到的宇宙是自下而上形成的：先有小團塊，再併合成更大的。這種模式只有在暗物質又冷又遲緩、能抓住小尺度團塊時才行得通。冷暗物質正是標準 Lambda-CDM 模型裡的那個「CDM」。

冷暗物質是一大成功：對冷暗物質宇宙的電腦模擬，以驚人的逼真度再現了由纖維和空洞構成的宇宙網、星系的成團，以及宇宙微波背景中的圖案。不過它並不完美。在最小的尺度上有些惱人的張力——模擬預言的微小衛星星系，比某些觀測看到的更多，星系核心也更緻密。這些「小尺度問題」也許反映的是普通物質那一團亂麻的物理，也可能暗示暗物質比最簡單的冷模型稍暖一些、或更複雜一些。