暗物質的行為是否遵循與普通物質相同的物理定律？這個問題仍然是現代宇宙學的核心謎團之一。由於這種不可見的物質形式（不發射或反射任何光）仍然是假設的，並且極難直接研究。日內瓦大學 (UNIGE) 和合作機構的研究人員旨在了解暗物質是否在最大範圍內遵循這種熟悉的行為。或者可能有其他力量影響它？他們的研究發表在《自然通訊》雜誌上，鑑於暗物質的行為似乎與普通物質非常相似，儘管他們仍然不能排除以前未知的額外相互作用的可能性。這是因為暗物質被認為比普通物質常見五倍。即使是很小的新見解也可以幫助闡明它在塑造宇宙中的作用。
普通物質受到四種基本力的影響：重力、電磁力。以及原子內的強力和弱力。問題是暗物質是否對同一組力做出反應。儘管暗物質是不可見且難以探測的，但它可能仍然遵循這些熟悉的規則，或者可能受到科學家尚未識別的第五種力量的影響。
研究暗物質如何通過重力井移動。
為了探索這種可能性，UNGE領導的團隊研究了暗物質是否像宇宙尺度上的普通物質一樣沉入引力井。巨大的物體扭曲了空間結構並形成了這些洞。根據既定的物理原理，行星、恆星和星係等普通物質都屬於這些物質。這包括愛因斯坦的廣義相對論和歐拉方程。研究小組想知道暗物質是否以同樣可預測的方式表現。
“為了回答這個問題，我們將整個宇宙中星系的速度與其引力井的深度進行了比較，”UNGE 理學院理論物理系副教授、該研究的合著者 Camille Bonvin 解釋道。 “如果暗物質不受第五力的影響，主要由暗物質組成的星系會像普通物質一樣落入這些洞中，而普通物質僅受重力控制。另一方面，如果第五力作用於暗物質，則會以不同的方式影響落入洞中的星系的運動。將洞的深度與星系的速度進行比較，因此，我們可以測試這種力量的存在。”
暗物質根據歐拉方程出現。
當將這種方法應用於現代宇宙學數據時，研究人員發現暗物質以與普通物質相同的方式進入引力井。這意味著它們與歐拉方程一致。不過，現階段這些結論並不排除存在未知力量。該研究的第一作者、理論物理系前博士後研究員 Nastassia Grimm 表示：“但前提是第五種力不超過重力的 7%，否則它就會出現在我們的分析中。”最近加入朴茨茅斯大學宇宙學與引力研究所的 UNIGE 科學教員說道。
尋找新物理學的下一步是什麼？
這些早期發現標誌著提高我們對暗物質理解的重要一步。下一個主要目標是確定微妙的第五力是否真正影響它。 ICE-CSIC 和 IEEC 研究員、圖盧茲大學南比利牛斯天文台 IRAP 副教授、該研究的合著者 Isaac Tutusaus 總結道：“LSST 和 DESI 等最新實驗的新數據將對弱至 2% 重力的力敏感，因此它們應該有助於我們更多地了解暗物質的行為。”
