暗物质是什么?暗物质到底在哪里?聊聊暗物质的前世今生

暗物质是什么?暗物质到底在哪里?聊聊暗物质的前世今生

作者丨李春生(书房记特约专栏作者)

暗物质是什么?这个问题说起来还挺复杂的。我们像鱼一样生活在水中,我们生活在暗物质之中;鱼儿不知道水是什么,我们不知道空间是什么。

暗物质是什么?目前的标准解释是,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。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运动、牛顿万有引力的现象、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中,其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。问题是,空间中无处不在的物质为什么却无法确认它们是什么呢?这事儿还得从头说起。

早在1922年,天文学家们发现,按照牛顿万有引力定律和开普勒定律,如果星系的质量主要集中在星系核区的可见星体上,那么,星系外围的星体的速度(利用高精度的光谱测量技术,可以探测到远离星系核区域的外围星体绕星系旋转速度和距离的关系。)将随着距离而减小。但观测结果表明, 星系外围的区域中星体的旋转运动速度远比通过开普勒定律预期的要大,并且对应于较大的星系质光比(星系质量和光度的比值﹐通常以太阳质量和太阳光度为单位。通过对双重星系,例如对星系团的观测﹐可求出各种不同类型的星系的质光比)。这意味着星系的质量比“可见”的发光星体的质量总和要大很多倍,如果仅靠星系中可见的星体质量产生的引力无法将星体束缚在星系团内的,按照目前的星系的旋转速度,星系将因为离心力(还没有将暗能量的排斥力计算在内)而分崩离析。

简单的说,按照星系发光星体的质量(质光比估算),星系以目前的速度旋转,星系将会四分五裂,因此,要么是牛顿引力定律错误,要么星系的实际质量比目前估计的质量大百倍。这些“不可见”的物质不发光,也无法观测,所以称其为暗物质。除去不发光的星体(例如黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星和行星等),估计宇宙中94%左右为暗物质。

暗物质长啥样儿呢?因暗物质尚未被直接探测到,所以只有间接证据:

1.星系旋转曲线与弥散速度分布,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,这暗示着这些星系中存在着质量巨大的不可见的物质。

2.引力透镜效应。光线经过大质量星系团时会发生弯折,这与光学中的透镜原理类似。人们怀疑暗物质是构成这个引力透镜的“材料”。

3.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。人们据此猜测宇宙总能量的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(请注意说法不一)。

寻找暗物质的探测手段分为三类:

1.直接探测,探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用。

2.间接探测,寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号。

3.加速器探测,利用粒子对撞机来人为产生的暗物质粒子。

猜测的暗物质属性:

1暗物质参与引力相互作用,但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定。

2.暗物质应是高度稳定的。

3.暗物质基本不参与电磁相互作用,也不参与强、弱相互作用,与光子的相互作用必须非常弱,以至于暗物质基本不发光。

4.暗物质的运动速度应该是远低于光速,即“冷暗物质”。暗物质是什么?暗物质到底在哪里?聊聊暗物质的前世今生 共5页: 上一页12345下一页                

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: