宇宙學新突破：研究指早期宇宙暗物質可能經歷超相對論性分離過程

2026年1月，權威學術期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）刊登了一項足以重塑宇宙學版圖的研究論文。這項研究由明尼蘇達大學雙城分校（University of Minnesota Twin Cities）與巴黎-薩克雷大學（University of Paris-Saclay）的科學家通力合作完成，提出了一種全新的暗物質形成模型。該模型大膽預測，暗物質在宇宙演化的極早期階段，可能是在一種「超相對論性」或極高溫的狀態下與其他物質分離，而非傳統認為的低溫狀態，但其冷卻速度足以支撐後來冷暗物質的構成。

此項發現直接挑戰了科學界長期奉為圭臬的觀點，即暗物質在後暴脹加熱時期的「凍結」過程中必須保持低溫。回顧宇宙學發展史，科學家之所以堅持「冷暗物質」模型，是因為像低質量微中子這類運動速度極快的「熱暗物質」，往往會抑制宇宙大尺度結構的形成與演化。明尼蘇達大學的基思·奧利夫（Keith Olive）教授曾多次在研究中指出，結構演化的受阻是熱暗物質模型難以逾越的理論障礙，這也使得學界長期傾向於冷暗物質假說。

針對這項理論突破，論文第一作者、明尼蘇達大學物理與天文學院的博士生史蒂芬·亨里奇（Steven Henrich）詳細解釋道，儘管暗物質在重力引發的結構形成階段必須是「冷」的，但這並不代表它在原始宇宙最初分離的瞬間也必須處於低溫相。研究團隊透過精密分析暴脹結束後的高能環境，證明了超相對論性的分離機制能為暗物質爭取到足夠的時間進行冷卻，使其在宇宙結構開始大規模生長前達到合適的溫度，從而滿足當前所有的觀測數據要求。

巴黎-薩克雷大學的雅恩·曼布里尼（Yann Mambrini）教授作為共同作者強調，這項研究不僅將暗物質的物理特性與宇宙加熱過程掛鉤，更讓人類有機會窺探極度接近大霹靂（Big Bang）的宇宙時刻。根據理論推導，質量大於數千電子伏特（keV）的暗物質粒子，在進入宇宙結構生長期時，其能量會降至約1電子伏特（eV）左右，這與星系巡天任務及宇宙微波背景輻射的觀測限制完全相符。這項成果大幅拓寬了暗物質候選粒子的研究範圍，涵蓋了從大質量弱交互作用粒子（WIMP）到極弱交互作用粒子（FIMP）的多種可能性。

這項理論成就得到了歐盟「地平線2020」（Horizon 2020）計畫下瑪麗·居禮（Marie Skłodowska-Curie）補助金的支持，標誌著宇宙學研究的重要進展。然而，研究團隊也指出，這項假說仍需透過多種實驗手段進行驗證，包括高能粒子加速器實驗、地下深處的粒子散射偵測，以及更精密的觀測天文物理探測。總體而言，這項研究為早期宇宙的演化提供了更具彈性的解釋框架，顯示出那段看似混亂的加熱時期，對於塑造今日暗物質的基本性質具有決定性的影響。