暗物質(zhì)是弗里茲·扎維奇發(fā)現(xiàn)的在宇宙中的一種不可見的物質(zhì)，它的質(zhì)量甚至占了宇宙的96%。幾十年來，人們一直在探測暗物質(zhì)，但始終沒有一個標準答案來規(guī)定它到底是什么？
什么是暗物質(zhì)
暗物質(zhì)是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質(zhì)，它可能是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，但又不屬于構(gòu)成可見天體的任何一種目前已知的物質(zhì)。
天體物理學研究發(fā)現(xiàn)，在浩瀚的宇宙空間里，我們能夠觀測到的發(fā)光星體（包括發(fā)射X射線、γ射線的星體）的質(zhì)量僅僅只是宇宙空間里物質(zhì)總質(zhì)量的一小部分。還有很大一部分質(zhì)量則來自至今我們還沒有弄清楚的東西。這種視而不見又確實存在的東西，我們稱它為“暗物質(zhì)”。
暗物質(zhì)究竟是什么呢？對此，科學家有過許多猜想：有人說暗物質(zhì)是彌散在宇宙空間里的氣體，也有人說它是宇宙里的塵埃，還有人猜它是已經(jīng)變暗的“死星”，甚至可能是黑洞。這些猜想雖然都事出有因，但缺乏有力的證據(jù)，未能得到學術(shù)界的認同。
暗物質(zhì)的天文觀測證據(jù)
l星系旋轉(zhuǎn)曲線與彌散速度分布
星系旋轉(zhuǎn)曲線描述了漩渦星系中可見天體的環(huán)繞速度和其距離星系中心距離的關(guān)系。根據(jù)對漩渦星系中可見天體質(zhì)量分布的觀測以及萬有引力定律的計算，靠外圍的天體繞星系中心旋轉(zhuǎn)的運動速度應(yīng)當比靠中心的天體更慢。然而對大量漩渦星系旋轉(zhuǎn)曲線的測量表明，外圍天體的運行速度與內(nèi)部天體近乎相同，遠高于預(yù)期。這暗示著這些星系中存在著質(zhì)量巨大的不可見的物質(zhì)。結(jié)合位力定理，可以通過星系中可見天體的彌散速度分布計算出星系中的物質(zhì)分布。這種方法同樣適用于測量橢圓星系和球狀星團的物質(zhì)分布。結(jié)果表明，除個別以外，大部分星系和星團的物質(zhì)分布都與觀測到的可見物質(zhì)的分布不符，可見物質(zhì)的質(zhì)量僅占星系和星團總質(zhì)量的較小部分。
l星系團觀測
星系團的質(zhì)量分布主要可以通過三種不同的手段得出：1）觀測星系團中的星系的運動，通過引力理論計算得到。2）觀測星系團產(chǎn)生的X-射線。星系團中普遍存在能發(fā)射出X-射線的熾熱氣體，當氣體在星系團引力場中達到流體力學平衡后，可通過其溫度推測出星系團的質(zhì)量分布。3）引力透鏡效應(yīng)。根據(jù)廣義相對論，來自星系團背后的光線經(jīng)過大質(zhì)量星系團時會發(fā)生彎折，這與光學中的透鏡類似?？梢桓鶕?jù)背景光線的彎折程度，推算出星系團中物質(zhì)的分布。這三種方法互不影響，相互佐證，使得星系團觀測成為研究暗物質(zhì)的重要手段。目前這些觀測一致表明星系團中物質(zhì)的總質(zhì)量遠超出其中可見物質(zhì)的總質(zhì)量。
l宇宙微波背景輻射
在宇宙尺度上，通過對宇宙中微波背景輻射各向異性的精細觀測，可以確定出宇宙中暗物質(zhì)的總量。目前的觀測表明宇宙總能量的26.8% 由暗物質(zhì)貢獻，構(gòu)成天體和星際氣體的常規(guī)物質(zhì)只占4.9%，其余68.3%為推動宇宙加速膨脹的暗能量。
l宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成
大型計算機對宇宙演化的N－體引力模擬顯示，無碰撞的低速暗物質(zhì)粒子在引力作用下逐步聚集成團，這一過程能形成我們今天看到的大尺度結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的暗物質(zhì)分布具備普適的質(zhì)量分布。低速運動的暗物質(zhì)有利于大尺度結(jié)構(gòu)的形成。而高速運動的粒子趨向于抹平結(jié)構(gòu)。因此不支持中微子作為主要的暗物質(zhì)粒子候選者。
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