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长期以来，人们认为暗物质在大爆炸后的最初时刻可能并非“冷”的；相反，明尼苏达大学双城分校和巴黎萨克雷大学的新研究表明，暗物质粒子在原始宇宙中可能曾处于极热状态，以接近光速的速度运动，随后及时冷却下来，为星系和大尺度结构的形成提供种子。假想的暗物质粒子。图片来源：阿德莱德大学。
几十年来，物理学家根据其组成粒子的运动速度对暗物质进行分类，冷暗物质的速度足够慢，能在引力作用下聚集，帮助塑造星系和星系团。该模型一直是标准宇宙学框架的核心，解释了宇宙的网状结构。但新发现表明，暗物质可能在仍处于极端相对论性状态（即速度极快）时就与早期宇宙的热等离子体解耦，随后在宇宙结构形成前充分冷却。这种细致的图景扩展了暗物质粒子可能的行为范围，也拓宽了物理学家在实验和天文观测中可能追寻的候选粒子谱。
这项研究的关键在于早期宇宙中被称为“再加热”的时期，该时期紧随宇宙暴胀之后。在暴胀后的再加热阶段，驱动膨胀的能量转化为粒子和辐射的热汤。研究结果表明，在特定条件下，此时产生的暗物质可能以近光速开始其生命历程，但仍符合我们今天看到的大尺度宇宙。如果正确，这些发现可能对正在进行的暗物质探测工作产生深远影响——无论是通过粒子对撞机、地下探测器还是天体物理观测。它们还引发了关于暗物质基本性质及其在宇宙演化中作用的新理论问题。
“暗物质是出了名的神秘，”明尼苏达大学研究生Stephen Henrich说，“我们对它所知甚少，其中之一是它需要是冷的。”“因此，过去四十年里，大多数研究人员认为暗物质在原始宇宙诞生时必须是冷的。”“我们最近的结果表明并非如此；事实上，暗物质诞生时可...
“最简单的暗物质候选者——低质量中微子——四十多年前就被排除了，因其会抹去星系大小的结构而非为其提供种子，”明尼苏达大学教授Keith Olive说，“中微子成为热暗物质的典型例子，而结构形成依赖冷暗物质。”“令人惊讶的是，若类似候选者在热大爆炸宇宙形成时产生，它可能冷却到足以实际表现为冷暗物质的程度。”
巴黎萨克雷大学物理学家Yann Mambrini教授表示：“通过我们的新发现，或许能触及宇宙历史中非常接近大爆炸的时期。”该团队的研究发表于《物理评论快报》期刊。Stephen E. Henrich等人，2025年，《极端相对论性冻结：从WIMPs到FIMPs的桥梁》，《物理评论快报》135卷，221002期；doi：10.1103/zk9k-nbpj。
