暗物质到底是什么?它为何看不见?

【神秘的暗物质它为何看不见?】

首先我喜欢从字面意思来理解,不过这个翻译来的天文名词颇为易解。可以理解为黑暗的物质,这里指的黑暗不是普通的颜色黑暗,而是不辐射任何光子,不参与电磁作用的现象。

暗物质由来的历史

暗物质的假说有着悠久的历史。最早出现在1884年的一次讲话中,第一代开尔文男爵威廉·汤姆森根据他观测到的数据表明,根据围绕银河系中心运行的恒星速度散度,他估计了银河系中暗物质的数量。第一代开尔文男爵威廉·汤姆森根据他观测到的绕银核旋转的恒星速度散度,估计了银河系中的暗物质数量,并通过使用这些测量数据,他又估计了星系的质量,他所确定的该星系的质量与可见恒星的质量不同。开尔文男爵由此得出结论:“我们的许多恒星,也许是绝大多数恒星,都可能是暗体。”1906年,儒勒·昂利·庞加莱在《银河与气体理论》一书中用“暗物质”或法语中的“matière obscure”来讨论开尔文的著作。

提出暗物质存在最为经典的就是星系自转问题,这一问题讲述的是根据牛顿万有引力定律,从星系核心向外,物质的速度应该会变得越来越慢,但是实际观测的结果却反而不一样。速度没有变慢,而是几乎以同样的速度呈现出来。因此推测一定有某种能量在影响它们,因此提出了暗物质的存在。

图片为一般星系的自转曲线:预测值(A)和观测值(B)。

暗物质的存在可以解释为何在半径较大时速度几乎不变。图:PhilHibbs

暗物质简述概括

暗物质是一种假设的物质形式,被认为占宇宙中物质的85%,约占其总能量密度的四分之一。大多数暗物质本质上被认为是非重子的物质,可能由一些尚未发现的亚原子粒子组成。它的存在影响了整个宇宙结构,在各种天体物理观测中,我们发现包括引力透镜效应在内的很多现象都与其有关。由于这个原因,大多数专家认为暗物质在宇宙中无处不在,并且对其结构和进化产生了强烈的影响。

图片为从引力透镜产生的效应,

星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈,

在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显示出来。图:NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)

暗物质这个名称指的它似乎不与可观测的电磁辐射(如光)相互作用,因此在整个电磁波谱中是不可见的(或“暗的”),因此使用通常的天文设备对暗物质进行检测是非常困难的。

暗物质存在的主要证据是:计算表明,如果许多星系不包含大量看不见的物质,那么它们就会飞散而不是旋转,或者它们就不会形成或移动(我们就不会看见我们今天看见的星系结构)。宇宙学的标准Lambda-CDM模型指出,宇宙的总质量和能量中,包含4.9%的普通物质和能量,26.8%的暗物质和68.3%的未知形式的能量,即暗能量。因此,暗物质占总质量的84.5%,而暗能量加上暗物质占总质量-能量含量的95.1%。

图片为现在与早期的宇宙质能分布饼图,图:NASA, Modified by User:老陳

暗物质还没有被直接观察到,它几乎不与普通重子物质和辐射相互作用。暗物质的主要候选物是一些尚未被发现的新型基本粒子,特别是大质量弱相互作用粒子(WIMPs)大质量引力相互作用粒子(GIMPs)。根据其速度(更准确地说是,其自由流动长度)将暗物质分为冷、温和热。目前的模型有利于冷暗物质的情况下,其中的结构会出现逐渐积累的粒子。

尽管暗物质的存在被科学界普遍接受,但是一些天体物理学家被某些不符合暗物质理论的观测所吸引,他们主张对广义相对论的标准定律进行各种修改,例如修正牛顿动力学(MOND)、TeVeS或引力的熵力假说(entropic gravity)。这些模型试图解释所有的观测,而不调用补充的非重子物质。

参考资料

1.WJ百科

2.天文学名词

3.\"Dark Matter\". CERN Physics. 20 January 2012.

4.Ade, P. A. R.; Aghanim, N.; Armitage-Caplan, C.; (Planck Collaboration); et al. (22 March 2013).

5.Jarosik, N.; et al. (2011).

6.Ferris, Timothy. \"Dark Matter\". Retrieved 10 June 2015.

文章作者:零度星系(天文在线)

审核人员:暂无,征集审核志愿者中。(要求细心仔细,女生优先。)

最终审核

编辑用时:2018年09月09日-2018年09月10日

审核用时

最后更新:2018年12月19日星期三

注意:所有信息数据庞大,难免出现错误,还请指出错误所在好加以改之。

结束,感谢您的阅读与关注!

全文排版:天文在线(零度星系)

转载请取得授权,并注意保持完整性和注明出处


本文共1909字预计阅读时间6分21秒