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什么是暗物质 暗物质的天文观测证据

山南慕北 2019-01-17 14:10:44
  暗物质是弗里兹·扎维奇发现的在宇宙中的一种不可见的物质,它的质量甚至占了宇宙的96%。几十年来,人们一直在探测暗物质,但始终没有一个标准答案来规定它到底是什么?
暗物质

暗物质
  什么是暗物质
  暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。
  天体物理学研究发现,在浩瀚的宇宙空间里,我们能够观测到的发光星体(包括发射X射线、γ射线的星体)的质量仅仅只是宇宙空间里物质总质量的一小部分。还有很大一部分质量则来自至今我们还没有弄清楚的东西。这种视而不见又确实存在的东西,我们称它为“暗物质”。
  暗物质究竟是什么呢?对此,科学家有过许多猜想:有人说暗物质是弥散在宇宙空间里的气体,也有人说它是宇宙里的尘埃,还有人猜它是已经变暗的“死星”,甚至可能是黑洞。这些猜想虽然都事出有因,但缺乏有力的证据,未能得到学术界的认同。
  暗物质的天文观测证据
  l星系旋转曲线与弥散速度分布
  星系旋转曲线描述了漩涡星系中可见天体的环绕速度和其距离星系中心距离的关系。根据对漩涡星系中可见天体质量分布的观测以及万有引力定律的计算,靠外围的天体绕星系中心旋转的运动速度应当比靠中心的天体更慢。然而对大量漩涡星系旋转曲线的测量表明,外围天体的运行速度与内部天体近乎相同,远高于预期。这暗示着这些星系中存在着质量巨大的不可见的物质。结合位力定理,可以通过星系中可见天体的弥散速度分布计算出星系中的物质分布。这种方法同样适用于测量椭圆星系和球状星团的物质分布。结果表明,除个别以外,大部分星系和星团的物质分布都与观测到的可见物质的分布不符,可见物质的质量仅占星系和星团总质量的较小部分。
  l星系团观测
  星系团的质量分布主要可以通过三种不同的手段得出:1)观测星系团中的星系的运动,通过引力理论计算得到。2)观测星系团产生的X-射线。星系团中普遍存在能发射出X-射线的炽热气体,当气体在星系团引力场中达到流体力学平衡后,可通过其温度推测出星系团的质量分布。3)引力透镜效应。根据广义相对论,来自星系团背后的光线经过大质量星系团时会发生弯折,这与光学中的透镜类似。可一根据背景光线的弯折程度,推算出星系团中物质的分布。这三种方法互不影响,相互佐证,使得星系团观测成为研究暗物质的重要手段。目前这些观测一致表明星系团中物质的总质量远超出其中可见物质的总质量。
  l宇宙微波背景辐射
  在宇宙尺度上,通过对宇宙中微波背景辐射各向异性的精细观测,可以确定出宇宙中暗物质的总量。目前的观测表明宇宙总能量的26.8% 由暗物质贡献,构成天体和星际气体的常规物质只占4.9%,其余68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。
  l宇宙大尺度结构的形成
  大型计算机对宇宙演化的N-体引力模拟显示,无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐步聚集成团,这一过程能形成我们今天看到的大尺度结构。这些结构的暗物质分布具备普适的质量分布。低速运动的暗物质有利于大尺度结构的形成。而高速运动的粒子趋向于抹平结构。因此不支持中微子作为主要的暗物质粒子候选者。

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