試圖理解自然基本結構的物理學家依賴一致的理論框架，這些框架可以解釋我們所看到的東西，同時做出我們可以測試的預測。
在最小的規模上基本粒子， 這標準型號粒子物理學的理論為我們的理解奠定了基礎。
在宇宙的尺度上，我們的大部分認識都是基於“宇宙學標準模型」。
根據愛因斯坦的理論廣義相對論，它假設宇宙中的大部分質量和能量是由神秘的、不可見的物質組成的，這些物質被稱為暗物質（佔宇宙物質的 80%）和暗能量。
在過去的幾十年裡，這個模型在解釋我們對宇宙的廣泛觀測方面非常成功。
但我們仍然不知道是什麼組成的暗物質– 我們只知道它的存在是因為它對星系團和其他結構的引力。
顆粒數量已被提議作為候選者，但我們不能確定是哪一種或幾種粒子構成了暗物質。
現在我們的新研究– 這暗示極輕的粒子稱為中微子可能構成了一些暗物質——挑戰了我們目前對其成分的理解。
熱與冷
標準模型認為暗物質是“寒冷的」。這意味著它由相對較重的粒子組成，最初運動緩慢。
因此，相鄰粒子很容易聚集在一起形成受重力束縛的物體。
因此，該模型預測宇宙應該充滿小型暗物質“光環”，其中一些會合併並逐漸形成更大的系統——使宇宙變得“塊狀”。
然而，至少有些暗物質並非不可能很“熱”。
這將包括具有相當高速度的相對較輕的粒子——這意味著這些粒子可以輕鬆逃離星係等密集區域。
這將減緩新物質的積累，並導致宇宙結構的形成受到抑制（不那麼塊狀）。
中微子以極高的速度旋轉，是熱暗物質的良好候選者。
特別是，它們不發射或吸收光，這使得它們看起來「黑暗」。
長期以來，人們一直認為中微子沒有質量，分為三種不同的種類。
但實驗證明它們可以從一個物種改變（振盪）到另一個物種。
重要的是，科學家已經證明，這種變化要求他們有質量– 使它們成為熱暗物質的合法候選者。
然而，在過去的幾十年裡，粒子物理實驗和各種天文物理學論證都排除了中微子構成宇宙中大部分暗物質的可能性。
更重要的是，標準模型假設中微子（以及一般的熱暗物質）的質量非常小，以至於它們對暗物質的貢獻可以完全忽略（在大多數情況下假設為 0％）。
和，直到最近，這個模型很好地再現了各種宇宙學觀測結果。
改變圖片
在過去的幾年裡，宇宙學觀測的數量和品質都大幅提高。
最突出的例子之一就是「重力透鏡觀測」的出現。
廣義相對論告訴我們，物質會彎曲時空，因此來自遙遠星系的光可以被我們和星系之間的大質量物體偏轉。天文學家可以測量這種偏轉，以估計宇宙時間內宇宙結構的成長（「塊度」）。
這些新資料集為宇宙學家提供了多種方法來詳細測試標準模型的預測。
一幅開始浮現的畫面從這些比較是宇宙中的質量分佈看起來不那麼凹凸不平如果暗物質完全冷的話，它應該是這樣的。
然而，在標準模型和新資料集之間進行比較可能並不像最初想像的那麼簡單。
特別是，研究人員表明，宇宙表面的塊狀不僅受到暗物質的影響，而且還透過影響正常物質的複雜過程（質子和中子）。
先前的比較假設，「感受到」重力和壓力的正常物質的分佈就像只感受到重力的暗物質一樣。
（作者提供）
現在，我們的新研究已經產生了迄今為止最大的一套正常物質和暗物質的宇宙學電腦模擬（稱為巴哈馬）。
我們也與最近的一系列觀察結果進行了仔細比較。
我們的結論是，新的觀測資料集與標準冷暗物質模型之間的差異甚至比先前聲稱的還要大。
我們詳細研究了中微子的影響及其運動。正如預期的那樣，當模型中包含中微子時，宇宙中的結構形成被沖刷掉，使宇宙不再那麼塊狀。
我們的結果表明，中微子佔暗物質總質量的 3% 到 5%。
這足以一致地再現各種觀測結果——包括新的重力透鏡測量。
如果暗物質的較大部分是「熱」的，則宇宙中結構的生長會受到過多的抑制。
這項研究也可能幫助我們解開個體質量之謎中微子是。
透過各種實驗，粒子物理學家計算出三種中微子的總和應為至少 0.06 電子伏特（能量單位，類似焦耳）。
您可以將其轉換為中微子對暗物質貢獻總量的估計值，結果為 0.5%。
鑑於我們發現它實際上比這個大六到十倍，我們可以推斷中微子質量應該約為 0.3-0.5 eV。
這非常接近實際可以測量的值即將進行的粒子物理實驗。
如果這些測量結果證實了我們在模擬中發現的質量，這將非常令人放心——讓我們對中微子作為暗物質的作用從最大的宇宙尺度到最小的粒子物理領域有一個一致的認識。
伊恩·麥卡錫，天文物理學讀者，利物浦約翰摩爾斯大學。
