近日，上海交通大学物理与天文学院沈俊太教授团队利用LAMOST观测的K型巨星，探究了银河系并合历史遗留的暗物质速度子结构在太阳邻域的贡献，并对主导的暗物质探测实验PandaX-4T实验结果进行了一定的修正。这一成果以“Deciphering the Kinematic Substructure of Local Dark Matter with LAMOST K Giants”为题发表在国际天文学期刊《天体物理学报》（2024, ApJ, 974, 167）上。论文链接：点击这里。

暗物质是当今物理学最前沿的研究方向之一，它占据宇宙中总质量的大约27%，约是可见物质的五倍，对宇宙的大尺度结构形成、星系的形成和演化具有重要作用。虽然有很多证据表明暗物质存在，但人们还不了解它本身需要通过直接探测实验去证实其存在及其性质。

地球附近暗物质密度和速度分布是解释实验结果关键输入。在同PandaX实验刘江来教授深入讨论后，沈俊太教授决定利用最新观测数据对太阳邻域暗物质密度和速度分布进行独立限制。绝大多数探测实验假设银河系的暗晕达到了平衡态，但实际上银河系早期并合事件——GES卫星星系并合——具有高度径向化轨道，其贡得出的暗物底层结构可能会不同于标准模型。

沈俊太教授团组从LAMOST第八次DR8和欧洲Gaia卫星第三次数据释放(DR3)交叉样本中选取K型巨星来研究太阳邻域暗物底层结构。在金属丰度和速度相空间中，他们利用高斯混合模型提取了各向同性晕(Halo)和运动学子结构(Substructure)的速度分布及相对占比（见图1）。他们发现晕星中运动学子结构成分几乎没有变化，因此可以将结论更严格地内推到太阳邻域（见图2）。

该研究使用了银晕恒星中的子结构相对占比，将其转化为了太阳邻域暗水中的子结构相对占比，并结合从晕星得到的一些信息得出了修正后的日心视向速度分布（如图3左图）。这一修正后的速度分布显著偏离了通常假设的标准模型，对PandaX-4T等直接探测实验有重要影响。此外，该研究还应用于PandaX-4T结果解释中发现低质量端变弱，而高质量端则变得更加强烈（如图3右图）。

沈俊太教授指出，“这是上海交通大学天文和粒子物理研究方向的一个非常重要合作成果。在前人的工作中，大多默认太阳邻域光速服从麦克斯韦-玻尔兹曼分布，而近些年来的研究表明真实情况会一定程度偏离这个标准，这对于理解年度调制效应和排除曲线至关重要。”未来，该团队计划通过数值模拟来进一步研究并合事件参数如何影响我们所知之事项，为未来的探索提供更多帮助。