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暗物质很奥秘,它不与任何方式的电磁辐射相互效果:比方光,暗物质不发光,也不反射光。虽然咱们无法直接观测暗物质,但有很多依据证明暗物质的确存在。

暗物质存在的依据

上世纪40年代,弗里兹·扎维奇( Fritz Zwicky )首要直接的发现了暗物质。他在观测近距空间和后发座星系团时,经过观测这些星系宣布的光线,估算了星系团的全体质量。但当扎维奇丈量星系团中各个星系相对于星系团的运动速度时,发现星系团中星系的速度弥散度过高,相比下星系团质量发作的的引力很小:星团本该早被撕碎的。

图解:从引力透镜发作的效应,星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈,在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显现出来。

不太或许是扎维奇正好观测到刚开始分化的星团。相反,是除星系中可见物质以外的质量极大的物质的引力,将星系捆绑在星系团内。扎维奇估测,一定有一些咱们看不见的物质在起效果:这种物质会发作可观测的引力效果,但不像一般正常物质相同宣布辐射。

图解:被暗物质围住绕着的地球想像图

单个星系旋转曲线也进一步证明了暗物质的存在:它描绘了漩涡星系中可见天体的环绕速度和其间隔星系中心间隔的联络。靠外围的天体绕星系中心旋转速度很快,它们本不应该捆绑于星系中——但现实的确如此。假如咱们现有对引力的认知是正确的,对这些天体的快速旋转只要一个解说:在星系晕中有无法观测的质量存在。

图解:蓝色为集合在阿贝尔1689星系团的暗物质。天文学家们经过引力透镜定位了这些集合。

世界学家经过引力透镜,也估测暗物质存在。因为光线从悠远的星系传播到地球的过程中,有必要经过其他星系团等其他天体。所以当光经过这样的星系团时,星系团激烈的引力场会像透镜相同,使悠远星系传来的光发作弯折和扩大。布景星系的成像或许会被歪曲成光弧或光环,或许被别离成多重成像。因为歪曲程度取决于远景星系团的质量,天文学家们能够经过引力透镜来丈量周围星系团的质量。丈量成果中始终不变的是,星系团的质量远应比丈量成果大。

图解:一般星系的自转曲线:猜测值(A)和观测值(B)。暗物质的存在能够解说为安在半径较大时速度简直不变。

世界中微波布景中的动摇——大爆炸中剩下的辐射——进一步证明了暗物质存在。世界学家能够经过这些动摇核算出世界的密度和组成。经过运用欧洲航天局的普朗克航天器核算,原子只构成世界能量和质量总和的4.9%。并且,惯例物质只占总物质(惯例物质和暗物质)的六分之一。所以暗物质占了世界总质量和能量的27%。

图解:今期与前期的世界质能散布饼图

此外,只要当将暗物质核算在内时,对大型天体的模仿和观测才匹配。若不将暗物质核算在内,模仿则无法推算出咱们在世界中看到的组成星系团“世界网”中的星系纤维和孔洞。

暗物质的性质

暗物质的性质没有研讨清楚。科学家们在最广泛研讨的模型中,假定暗物质由弱相互效果有质量粒子(WIMPs )组成。现在已知的粒子物理规范模型中,还不存在这种这种亚原子粒子,但科学家们猜测,这种粒子在超对称模型的延伸中存在。弱相互效果有质量粒子会经过引力和惯例物质效果,很少情况下,也会经过弱核力相互效果,弱核力是四大根本力之一(其它三个力分别是:强核力,电磁力和引力)。

图解:哈勃太空望远镜(Abell 1689)调查到的强引力透镜标明暗物质的存在-扩大图画以调查透镜弧。

科学家们现在正在企图运用地下矿的探测器直接找到弱相互效果有质量粒子,或用运用直接的办法:用伽玛射线破坏粒子,粒子会开释辐射。(后者需求弱相互效果有质量粒子做自己的反粒子:物质+反物质=咪咪嘛咪哄完结!)。但是,最近的逃避侦测,比方从LUX探测器,superCDMS探测器和大型强子对撞机的陈述显现,科学家们面临着杂乱程度史无前例的弱相互效果有质量粒子模型。

图解:由哈勃太空望远镜丈量的弱引力透镜重建的暗物质大规模散布的三维地图。

当然,也有或许是咱们急需批改现有对引力的认知,批改爱因斯坦的广义相对论。到现在为止,广义相对论仍是经得住检测的,但一些天文学家和物理学家正在研讨引力改变,比方提出修正的牛顿动力学(MOND理论),来测验能否证明暗物质是不存在的。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. skyandtelescope-慧子

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