大家好，我是地球?qū)殞?，今天我們來講一講暗物質(zhì)，讓我們開始吧！
暗物質(zhì)
暗物質(zhì)（Dark matter）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已知的物質(zhì)。大量天文學觀測中發(fā)現(xiàn)的疑似違反牛頓萬有引力的現(xiàn)象可以在假設(shè)暗物質(zhì)存在的前提下得到很好的解釋?，F(xiàn)代天文學通過天體的運動、牛頓萬有引力的現(xiàn)象、引力透鏡效應(yīng)、宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)的形成、微波背景輻射等觀測結(jié)果表明暗物質(zhì)可能大量存在于星系、星團及宇宙中，其質(zhì)量遠大于宇宙中全部可見天體的質(zhì)量總和。結(jié)合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標準宇宙學模型（ΛCDM模型）可確定宇宙中暗物質(zhì)占全部物質(zhì)總質(zhì)量的85%、占宇宙總質(zhì)能的26.8%。
一種被廣泛接受的理論認為，組成暗物質(zhì)的是“弱相互作用有質(zhì)量粒子”（weakly interacting massive particle, WIMP），其質(zhì)量和相互作用強度在電弱標度附近，在宇宙膨脹過程中通過熱退耦合過程獲得觀測到的剩余豐度。此外，也有假說認為暗物質(zhì)是由其他類型的粒子組成的，例如軸子（axion），惰性中微子（sterile neutrino）等。
大家是不是覺得有點玄乎，怎么才能證明暗物質(zhì)的存在呢？我們是無法直接觀測到它們的，因為它不和光子發(fā)生任何相互作用。下面的一組觀察數(shù)據(jù)就能直接證明暗物質(zhì)的存在了。
觀測證據(jù)
盡管暗物質(zhì)尚未被直接探測到，但已經(jīng)有大量證據(jù)表明其大量存在于宇宙中，例如：
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。
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（gravitational lensing）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。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。
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（cosmic microwave background radiation）各向異性的精細觀測，可以確定出宇宙中暗物質(zhì)的總量。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。?[10]
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?[11-13]?，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。
好了，今天的科普就到這里，喜歡請點個贊哦，我是地球?qū)殞?，我們明天見?/p>
