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宇宙終極難題——暗物質(zhì)真的存在嗎

關(guān)于暗物質(zhì)是什么有很多爭議,但是一些缺失的物質(zhì)不能包含在黑洞中嗎?一旦物質(zhì)進(jìn)入黑洞,它就不能被看見或測量,所以它是不可解釋的。

物質(zhì)一旦進(jìn)入黑洞,就變的不可見,但這并不意味著無法測量它的影響。黑洞仍因其質(zhì)量而產(chǎn)生重力影響,就像宇宙中所有其他的大質(zhì)量物體一樣。由此實(shí)際上我們可以發(fā)現(xiàn)并測量黑洞的質(zhì)量,通過觀察周圍物質(zhì)對它的影響。例如位于銀河系中心的超大質(zhì)量的黑洞有強(qiáng)引力使得離他軌道很近的恒星高速運(yùn)行。依據(jù)這個事實(shí)以及描述恒星軌道的等式,我們可以估算出黑洞的質(zhì)量。

我們知道暗物質(zhì)存在在星系中因為遠(yuǎn)離宇宙中心的旋轉(zhuǎn)曲線是平的。旋轉(zhuǎn)曲線可以從表面理解:在星系中的物體速度與離銀河中心距離的函數(shù)的圖像。由重力公式推導(dǎo)

M是半徑范圍內(nèi)所有質(zhì)量的總和。

當(dāng)速度恒定時,旋轉(zhuǎn)曲線是平坦的。從這個等式來看,就意味著也是個常數(shù)。也就是說,當(dāng)我們離銀河越來越遠(yuǎn),即使星光急劇減少,質(zhì)量仍然增長。這里引入了一些我們沒看到的東西,許多其他的宇宙學(xué)言論也暗示了暗物質(zhì)的存在,令人驚訝的是,它們預(yù)測的數(shù)量差不多!

重要的是要意識到,我們對暗物質(zhì)的研究不僅僅告訴我們“它就在某個地方”;當(dāng)我們研究一個星系時,我們了解了一些關(guān)于它內(nèi)部物質(zhì)總分布的信息。這意味著我們知道暗物質(zhì)圍繞著星系,而不是星系中的中心物體,不像黑洞是在星系內(nèi)的。

你的想法的問題是黑洞沒有什么特別的,引力只是物質(zhì)的集合。黑洞集中在星系的中央,根據(jù)引力定律,它們不能用力拉遠(yuǎn)在星系邊緣的東西。

由于黑洞有質(zhì)量,有一個關(guān)于暗物質(zhì)的假想認(rèn)為暗物質(zhì)是由許多暈族大質(zhì)量致密天體(MACHOs)組成的。這些致密的物體不會發(fā)出電磁輻射,例如黑洞、死亡(非旋轉(zhuǎn)的)中子星,或者年老且冷的白矮星(有時也稱黑矮星)。如果這些物體在星系光暈中以正確的分布存在,它可以解釋觀測到的旋轉(zhuǎn)曲線。然而,引力微透鏡觀測基本上排除了暗物質(zhì)關(guān)于暈族大質(zhì)量致密天體解釋的可能性。目前最可能的暗物質(zhì)候選者被稱為弱相互作用大質(zhì)量粒子(WIMPs)。

暗物質(zhì)是一種假想的物質(zhì)形式,被認(rèn)為約占宇宙物質(zhì)的85 %,約占宇宙總能量密度的四分之一。大多數(shù)暗物質(zhì)被認(rèn)為本質(zhì)上是非重子物質(zhì),可能由一些尚不了解的亞原子粒子組成。[注1 ]它的存在隱含在各種各樣的天體物理觀測中,包括引力效應(yīng),除非還有更多我們看不到的物質(zhì)的存在,否則引力效應(yīng)是無法解釋的。因此,大多數(shù)專家認(rèn)為暗物質(zhì)在宇宙中無處不在,并對宇宙結(jié)構(gòu)和進(jìn)化產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響。暗物質(zhì)之所以說它暗,是因為它不與可觀察到的電磁輻射(如光)相互作用,因此對整個電磁波譜來說是不可見的,這使得使用普通天文設(shè)備進(jìn)行探測變得極其困難。

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