众所周知，宇宙中的气体云会吸收遥远的大质量天体(称为类星体)产生的光。这种光表现为所谓的莱曼阿尔法森林，这是一种由吸收线组成的致密结构，可以使用光谱工具进行观察。

在过去的几十年里，天体物理学家一直在评估这些吸收线的价值，以此作为更好地了解宇宙和宇宙天体之间关系的工具。莱曼阿尔法森林也可能有助于正在进行的暗物质搜索，提供额外的工具来测试理论预测和模型。

诺丁汉大学、特拉维夫大学、纽约大学和的里雅斯特宇宙基础物理研究所的研究人员最近将低红移莱曼阿尔法森林观测与星际介质和由暗物质组成的暗物质的流体动力学模拟进行了比较光子，著名的暗物质候选者。

他们的论文发表在物理评论快报(PRL)上，建立在他们团队一些成员早期工作的基础上，该工作将星际介质(IGM)的模拟与宇宙起源光谱仪(COS)收集的莱曼-阿尔法森林测量值进行了比较哈勃太空望远镜。

“在我们的分析中，我们发现模拟预测的线宽与COS结果相比太窄，这表明在低红移时可能存在额外的非规范热源，”HongwanLiu、MatteoViel、AndreaCaputo和James进行这项研究的研究人员博尔顿通过电子邮件告诉Phys.org。

“我们探索了几种可以作为这种热源的暗物质模型。基于两位作者在之前发表于PRL的论文中对暗光子的经验，我们最终意识到暗光子暗物质的加热是可行的。”

基于他们之前的观察，Liu、Viel、Caputo和Bolton决定改变IGM的流体动力学模拟(即存在于星系之间空间中的稀疏氢云)。在他们的新模拟中，他们包括了模型预测暗光子暗物质会产生的热量的影响。

“在暗光子的质量与光子的有效等离子体质量相匹配的空间区域，可能会发生从暗光子到光子的转换，”Liu、Viel、Caputo和Bolton解释道。“转换后的光子随后被这些区域的IGM迅速吸收，从而加热气体。从理论上可以计算从暗物质转移到气体的能量。”

研究人员将暗光子和星际云之间的这种估计能量转移添加到他们的模拟中。这最终使他们能够获得一系列模拟吸收线宽度，他们可以将其与COS收集的实际莱曼-阿尔法森林观测结果进行比较。

“从广义上讲，我们已经证明莱曼-阿尔法森林对于理解暗物质模型非常有用，在暗物质模型中，能量可以从暗物质转化为热量，”刘、维尔、卡普托和博尔顿说。“我认为我们的研究将鼓励对暗物质感兴趣的物理学家更多地关注莱曼-阿尔法森林。”

总的来说，这组研究人员进行的COS测量和流体动力学模拟之间的比较表明，暗光子实际上可能是星际气体云中的热源。因此，他们的发现可能是暗物质存在的第一个线索，而暗物质的存在并没有通过其引力效应被观察到。

虽然这是一种令人着迷的可能性，但Liu、Viel、Caputo和Bolton尚未排除其他可能的理论解释。因此，他们希望他们的研究能够启发其他团队类似地探索早期宇宙中IGM的特性。

“暗光子加热的一个特别有趣的结果是，与高密度区域相比，IGM中的低密度区域在更早的时间被加热，”刘、维尔、卡普托和博尔顿说。“这可能导致低密度区域比高密度区域更热，这与标准预期相反。有一些迹象表明IGM确实在高红移时表现出这种行为。如果是这样，它可能是支持黑暗的另一个重要证据光子暗物质加热。”