暗物质是组成宇宙的重要成分，其在宇宙中的含量约为可见物质的5倍，占宇宙总物质的85%。宇宙的结构形成强烈依赖于暗物质的性质，特别是压强和声速。

根据暗物质的压强和声速，可以将暗物质分为“热暗物质”、“温暗物质”和“冷暗物质”。其中热暗物质具有较大的压强和声速，而冷暗物质具有较小的压强和声速，温暗物质的则处于两者之间。由于正的压强和声速会阻碍物质聚集，热暗物质的扰动是最弱的，冷暗物质的物质扰动将会更强。对这三种暗物质的数值模拟如图1所示。

图1：对冷、热两种暗物质的数值模拟结果。上面是冷暗物质，下面是热暗物质。从左到右时间递增。图片摘自Bing-Lin Young, Front. Phys. 12(2), 121201 (2017)。

标准宇宙学模型假设暗物质是冷暗物质，然而最近的观测却挑战这一假设。在标准宇宙学模型中，对微波背景辐射（Cosmic Microwave Background，CMB)的观测预测了一个比较大的S₈参数（约为0.84），而对于弱引力透镜（Weak Lensing，WL)的观测则给出一个比较小的S₈参数（约为0.67）两者的差距为2-3个标准差，其中参数S₈表征当前时刻宇宙物质扰动的强弱。也就是说，现在的宇宙比标准宇宙学模型预测的要平滑。这就是宇宙学中著名的S₈ tension。

为了解决这个难题，天文研究所与上海天文台合作提出了一种被称作 sDBI 的暗物质模型，这种暗物质在宇宙早期表现为冷暗物质，而随着宇宙的演化，则会具有一定大小的压强和声速，从而平滑掉一些宇宙的结构。他们的研究表明sDBI模型可以解决这一疑难。相关研究已经发表在国际物理学术期刊美国物理评论D（Physical Review D）上。

图2（a）对标准宇宙学模型的参数限制，CMB和WL的限制仍然给出了不一致的S₈参数。（b)对sDBI暗物质的宇宙学模型的参数限制。S₈参数在一个标准差内是一致的。

在这项研究中，研究人员同时用现有的观测数据对标准宇宙学模型和sDBI模型进行了参数限制。由于sDBI模型的非线性演化是未知的，研究人员只用到数据中的线性部分进行限制。限制的主要结果如图2所示。这个结果清晰地表明，在所用到的数据下，sDBI模型中S₈ tension 是不存在的，而其在标准宇宙学模型中仍然存在。

另外，基于其特殊的性质，sDBI模型还有望解决冷暗物质模型中的一些其它小尺度的疑难，例如卫星星系缺失问题和矮星系中心暗物质密度尖点问题。相关的工作正在进一步研究中。

该工作由天文研究所博士生所兴袍，博士生导师康熙教授，上海天文台研究员陕欢源共同完成，并且得到了国家自然科学基金的资助。