挑戰冷暗物質假設，暗物質初形成可能炙熱無比

暗物質從何演化而起？一篇新研究挑戰主流冷暗物質理論，認為暗物質在宇宙極早期階段首次形成時可能非常熱——以接近光速的速度移動。

暗物質起源是宇宙學和粒子物理學最大未解謎團之一，科學家透過觀測重力效應知道暗物質存在，也知道它在宇宙極早期階段產生（大爆炸後 1 秒鐘內），但暗物質「具體是什麼粒子」、「詳細產生機制」目前尚有多種理論假說，未下定論。

確切來說，暗物質形成時間點取決於你相信哪個理論模型（WIMP 粒子、軸子，或根本不是粒子而是原初黑洞）。

大爆炸後不久，暗物質與普通物質一樣處於高溫、高密度狀態，主流冷暗物質模型（ΛCDM 模型）表明，暗物質於宇宙暴脹時期結束後的冷凍分離（freezing out）過程產生，現今觀測的多數暗物質都屬於「冷暗物質」，移動速度相對光速較慢、質量較大，如此才能幫助星系與其他大型結構形成，微中子因移動速度快，多年來被排除作為暗物質候選者。

為檢驗此觀點，明尼蘇達大學雙城分校、巴黎薩克雷大學研究團隊想探討暗物質在宇宙暴脹後再加熱時期如何形成，分析卻表明暗物質誕生並不需相對緩慢移動。

研究人員指出，暗物質粒子能在極熱條件下與其他物質分離，直到星系開始形成前仍有足夠時間冷卻（隨宇宙膨脹損失能量），也就是說，暗物質粒子誕生之際可能處於高溫、相對論性狀態（速度接近光速），類似熱暗物質，之後才迅速冷卻轉變為冷暗物質特徵。

熱暗物質理論可解決當前冷暗物質模型解釋小尺度宇宙結構遇到的難題，即模型預測銀河系周圍應該存在大量小型衛星星系（低質量矮星系），但實際觀測到的數量遠少於此，被稱為「衛星星系失蹤問題（missing satellite problem）。

若後續其他研究證實，將重寫宇宙演化教科書，並推動搜尋新粒子進展。

新論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）。