冷暗物质

当我们说一团气体「热」或「冷」时，真正的意思是它的粒子运动得快还是慢。同样的词也用在暗物质上。「冷」暗物质指的是相对光速运动缓慢的暗物质粒子——慢到在早期宇宙中能够在引力作用下聚团，而不是在空间里自由穿行。这一条性质，竟塑造了整个宇宙的构造。

速度为什么这么要紧？在年轻的宇宙里，物质几乎是平滑的，只有密度上极微小的涟漪。随后引力把这些涟漪放大成星系和星系团。如果暗物质是「热」的——像中微子那样接近光速运动——它就会从小涟漪里冲出去、把它们抹平，于是结构会自上而下形成：巨大的超星系团碎裂成星系。但我们看到的宇宙是自下而上形成的：先有小团块，再并合成更大的。这种模式只有在暗物质又冷又迟缓、能抓住小尺度团块时才行得通。冷暗物质正是标准 Lambda-CDM 模型里的那个「CDM」。

冷暗物质是一大成功：对冷暗物质宇宙的计算机模拟，以惊人的逼真度再现了由纤维和空洞构成的宇宙网、星系的成团，以及宇宙微波背景中的图案。不过它并不完美。在最小的尺度上有些恼人的张力——模拟预言的微小卫星星系，比某些观测看到的更多，星系核心也更致密。这些「小尺度问题」也许反映的是普通物质那一团乱麻的物理，也可能暗示暗物质比最简单的冷模型稍暖一些、或更复杂一些。