暗物质晕 基本定义与观测线索 暗物质晕是宇宙中暗物质的主要存在形式，它是一个假设的、大致呈球形的暗物质结构，通过其强大的引力束缚着可见的星系和星系团。它被称为“暗”物质，是因为它不发射、吸收或反射任何电磁辐射（光），因此无法被望远镜直接观测。科学家推断其存在，主要是基于其施加在可见物质上的引力效应。关键观测线索包括：星系旋转曲线（星系外围恒星绕转速度过快，暗示存在大量不可见物质提供的额外引力）、引力透镜效应（大质量天体扭曲背景星系光线，其扭曲程度表明质量远大于可见物质）、以及宇宙大尺度结构的形成（仅有可见物质的引力不足以在宇宙年龄内形成我们今天看到的星系和纤维状结构）。 结构与成分模型 一个典型的暗物质晕具有相对平滑、弥漫的密度分布，从中心向外密度逐渐降低。其结构常用“NFW轮廓”等模型描述，该模型预测中心密度奇高，但实际观测表明中心密度可能趋于平坦（“核心-晕”问题）。暗物质晕的成分仍是未解之谜，主流理论模型包括： 冷暗物质 （运动速度慢，在早期宇宙中率先通过引力聚集成团，是当前宇宙学标准模型ΛCDM的基石）； 温暗物质 （速度介于冷热之间，可能解决小尺度结构问题）； 自相互作用暗物质 （假设暗物质粒子间有非引力相互作用，可能解释晕的核心结构）。这些模型目前均未被证实。 形成与演化 根据宇宙学模拟（如“千禧年模拟”），暗物质晕的形成遵循等级成团模型：在早期宇宙微小的密度涨落中，通过引力不稳定性，暗物质首先凝聚成小质量晕；这些小晕通过频繁的并合与吸积周围物质，像滚雪球一样逐渐增长，形成越来越大的晕。这个过程是分层次的，大的晕通过“吞食”小的晕而形成。星系正是在这些不断增长和并合的暗物质晕的引力势阱中形成和演化的。暗物质晕的演化还受到其内部宿主星系形成过程的反馈影响（如超新星爆发、活动星系核喷流），可能改变其中心区域的密度分布。 层级嵌套与子结构 宇宙学模拟揭示，一个大的暗物质晕内部并非均一，而是包含了丰富的层级结构。在并合过程中，许多较小的子暗物质晕（称为“子晕”）被大晕吞并后，由于其暗物质性质稳定，难以像气体那样因耗散而彻底瓦解，因此能够在大晕内部长期存活，作为卫星系统绕大晕中心运动。这些子晕理论上对应着我们观测到的卫星星系（如银河系的伴星系）。然而，模拟预测的子晕数量远多于观测到的卫星星系数量，这构成了著名的“卫星星系缺失”问题，可能涉及星系形成物理或暗物质性质的更深层奥秘。 在宇宙学中的核心地位与未解之谜 暗物质晕是连接微观粒子物理与宏观宇宙结构的桥梁，是ΛCDM宇宙学模型的支柱。它决定了星系和星系团的分布、形成历史和动力学特性。当前主要未解之谜围绕其本质：暗物质粒子的具体属性是什么？其密度分布的核心区域究竟如何？如何解释小尺度结构上模拟与观测的差异（如卫星星系数量、核心密度轮廓）？对这些问题的探索，正在通过更精密的宇宙学观测（如弱引力透镜巡天）、星系动力学研究以及对撞机实验（如寻找弱相互作用大质量粒子WIMP）等多条路径紧张进行。