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什么是暗物質 暗物質的天文觀測證據

山南慕北 2019-01-17 14:10:44
  暗物質是弗里茲·扎維奇發現的在宇宙中的一種不可見的物質,它的質量甚至占了宇宙的96%。幾十年來,人們一直在探測暗物質,但始終沒有一個標準答案來規定它到底是什么?
暗物質

暗物質
  什么是暗物質
  暗物質是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質,它可能是宇宙物質的主要組成部分,但又不屬于構成可見天體的任何一種目前已知的物質。
  天體物理學研究發現,在浩瀚的宇宙空間里,我們能夠觀測到的發光星體(包括發射X射線、γ射線的星體)的質量僅僅只是宇宙空間里物質總質量的一小部分。還有很大一部分質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”。
  暗物質究竟是什么呢?對此,科學家有過許多猜想:有人說暗物質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,未能得到學術界的認同。
  暗物質的天文觀測證據
  l星系旋轉曲線與彌散速度分布
  星系旋轉曲線描述了漩渦星系中可見天體的環繞速度和其距離星系中心距離的關系。根據對漩渦星系中可見天體質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的運動速度應當比靠中心的天體更慢。然而對大量漩渦星系旋轉曲線的測量表明,外圍天體的運行速度與內部天體近乎相同,遠高于預期。這暗示著這些星系中存在著質量巨大的不可見的物質。結合位力定理,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分布。結果表明,除個別以外,大部分星系和星團的物質分布都與觀測到的可見物質的分布不符,可見物質的質量僅占星系和星團總質量的較小部分。
  l星系團觀測
  星系團的質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)觀測星系團產生的X-射線。星系團中普遍存在能發射出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量分布。3)引力透鏡效應。根據廣義相對論,來自星系團背后的光線經過大質量星系團時會發生彎折,這與光學中的透鏡類似。可一根據背景光線的彎折程度,推算出星系團中物質的分布。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的重要手段。目前這些觀測一致表明星系團中物質的總質量遠超出其中可見物質的總質量。
  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的總量。目前的觀測表明宇宙總能量的26.8% 由暗物質貢獻,構成天體和星際氣體的常規物質只占4.9%,其余68.3%為推動宇宙加速膨脹的暗能量。
  l宇宙大尺度結構的形成
  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構。這些結構的暗物質分布具備普適的質量分布。低速運動的暗物質有利于大尺度結構的形成。而高速運動的粒子趨向于抹平結構。因此不支持中微子作為主要的暗物質粒子候選者。

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