天文小科普:神秘的暗物质

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宇宙起码由两种物质组成。第一种是我们可以探测到的物质,天文学家称之为“重子”物质。它被觉得是“一般”物质,因为它是由可以测量的质子和中子组成的。重子物质包含恒星和星系,以及它们所包含的所有物体。

宇宙中另有少许“东西”是无法通过平常的观测手段探测到的。不过,它确实存在——因为可以测量出它对重子物质的引力好处。天文学家称这种物质为“暗物质”,因为它潜藏在黑暗中,无法干脆被探测到。它不反射也不发射光。这种秘密的物质形式对我们打听宇宙提出了重大搦战,对它的研究可以追溯到137亿年前的宇宙之初。

暗物质的发现

几十年前,天文学家发现宇宙中没有足够的质量来注释星系中恒星的扭转和星团的运动。质量影响着一个物体在空间中的运动,无论是星系、恒星或是行星。少许星系扭转的技巧宛若在表示某个处所有更多的质量。天文学家无法干脆探测到这些秘密的潜藏质量。当他们用恒星和星云猜测一个星系的质量时,意外发现“质量好像少了”。维拉·鲁宾博士和她的团队在观测星系时发现了眉目,这是天文学家第一次留意到预期的扭转速度(基于估计的星系质量)和现实观测速度之间存在差异。

研究人员开始进行深入研究,以找出“质量不够”的缘故。他们觉得,这无妨对物理学,即广义比较论的清楚存在误差,但太多别的现象又不及以支持这个概念。因此,他们确定,也能够不存在“质量少了”,而是我们无法观测到这些秘密的质量。

固然我们仍旧有可能对引力表面的清楚不够全面精确,但第二种注释更轻易让人接受。暗物质的年头以后萌生。在星系四周关联于暗物质的观测证据,表面和模型都指出了暗物质介入了宇宙的早期形成。因此,天文学家和宇宙学家一致同意它就藏在宇宙中,但它究竟是什么,还没有人能给出清楚的注释。

冷暗物质

辣么,暗物质是什么呢?到当前为止,科学家只给出了它的表面模型。它们现实上可以分为三大类:热暗物质(HDM)、暖暗物质(WDM)和冷暗物质(CDM)。

在这三类中,CDM始终以来一直是宇宙中缺失物质的要紧候选者。但,少许研究人员仍旧支持一种组合表面,即所有三种范例的暗物质配合存在,以弥补总质量的缺失。

若CDM存在的话,与光速相比,它挪动得非常慢。科学家觉得它从一开始就存在于宇宙中,并非常可能影响了星系的开展和演化,以登第一批恒星的形成。天文学家和物理学家觉得它非常无妨某种还未被探测到的外来粒子。它非常可能有少许非常分外的性质。

因为暗物质是黑暗的,显然,它无法与电磁力相互好处。因此,它不会与电磁波谱中的任何范例的能量产生相互好处、反射或辐射。

不过,任何组成冷暗物质的候选粒子都邑与引力场产生相互好处。天文学家们已经是屡次观测到“引力透镜效应”,星系团中暗物质的蕴蓄聚积会对恰好经过的更渺远的天体的光产生引力影响。这些现象证实了“组成冷暗物质的候选粒子都邑与引力场产生相互好处”的料想。

组成冷暗物质的可能粒子

固然没有已知物质满足冷暗物质的所有标准,但起码有三种表面可以注释CDM(若它们存在的话)。

大质量弱相互好处粒子:也被称为wimp,这些粒子的定义满足了CDM的所有需要。不过,科学家还未发现它。不考虑粒子产生缘故的角度下,大质量弱相互好处粒子成为冷暗物质候选粒子的首选。

轴子:这些粒子拥有暗物质的须要属性(起码在势必程度上),但因为各种缘故,它们可能不是冷暗物质问题的谜底。

MACHOs(大质量致密晕星):这个词是大质量致密晕星的缩写,大质量致密晕星是指黑洞、传统中子星、褐矮星和行星等天体。这些都是不发光且质量大的星体。不过,因为它们的体积和质量都非常大,通过监测定域引力相互好处,非常轻易探测到它们。MACHO的假定也存在争议。因为观测到的星系运动在某种程度上是匀称的,而MACHOs是丧失的质量,这宛若存在辩论。别的,星团在其界限内非常匀称地分布天体宛若是非常不行能的。另外,MACHOs的绝对数目必需相配大才气注释失落的质量。

当前,暗物质之谜还没有一个肯定的注释。天文学家还在继续设计试验来寻找这些难以捉摸的粒子。当他们弄清楚它们是什么以及它们是怎样分布在全部宇宙中的时候,将开启人类清楚宇宙的新篇章。

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