近日，中国科学院紫金山天文台参与的国际合作团队，在利用宇宙学观测揭示暗物质本质的研究中取得重要进展。研究团队通过分析宇宙早期的微波背景辐射和晚期的弱引力透镜观测数据，发现暗物质与中微子之间存在微弱相互作用，为宇宙学领域的“S8冲突”难题提供了一种可能的解决方案。该研究成果于2026年1月2日在线发表于国际学术期刊《自然-天文学》（Nature Astronomy）。
暗物质是现代宇宙学的基石之一，其质量约占宇宙总物质的85%，但其微观物理本质至今仍是未解之谜。宇宙的大尺度结构为研究暗物质的性质提供了独特的“天然实验室”。通过精确测量宇宙从诞生初期（如微波背景辐射）到现今（如星系分布与引力透镜）的演化，可以反演并约束暗物质的物理性质。然而，宇宙学中存在一个长期未解的难题——“S8冲突”，即由早期宇宙观测数据推算出的物质聚集程度，反常性高于直接观测晚期宇宙所得到的结果。基于这一矛盾结论，研究团队提出理论假设，如果暗物质并非完全“惰性”，而是能与中微子发生微弱的非引力相互作用，这种超越引力的效应将抑制宇宙小尺度结构的形成，进而可能解决该难题。
图 1：二维后验分布投影。其中x轴为中微子-暗物质作用强度，y轴为S8.
为验证该理论，研究团队对不同尺度和时期的宇宙学数据分别开展了独立与联合分析。研究发现，无论是反映早期宇宙的阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）高精度数据，还是反映晚期宇宙的暗能量巡天（DES Y3）弱引力透镜数据，均独立地显示出暗物质—中微子的相互作用强度趋向“非零”。尤为关键的是，联合所有数据分析发现，暗物质—中微子相互作用的统计显著性提升至约3σ，强度大约为10−4。这一相互作用强度恰好可使早期与晚期宇宙的结构生长参数S8趋于一致（如图1）。
该研究结果显示出宇宙学探测基础物理新规律的强大能力。未来，中国空间站巡天空间望远镜（CSST）及薇拉·鲁宾天文台（LSST）等新一代巡天项目将能以前所未有的精度进一步检验暗物质—中微子相互作用，并有望在宇宙学尺度上对暗物质的本质取得突破性认知。
中国科学院紫金山天文台蔡岳霖研究员与研究生张弛为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国载人航天工程、中国科学院青年团队及欧洲研究理事会等多个项目的支持。
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