本文目录导航:
暗物质在宇宙中算什么物质?暗物质是如何构成的?
暗物质是在100年前,在察看星系的运转时发现的。
从引力计算上,星系的质量仿佛并不是我们观测的结果,也不误差丈量能解释的,由于数值相差很多。
所以,天文学家将这些看不到的物质称为暗物质。
暗物质的质量很大,以至大约是星系中恒星质量的一二倍。
开端,有人疑心暗物质是普通物质中的不容易察看的物质,比方星际尘埃,漂泊小行星,但是思索进去后发现,还是相差很多。
暗物质并不是黑洞,黑洞是常规物质,而且黑洞在今天的宇宙里,其实察看并不难。
暗物质也不是中微子,中微子虽然无法察看,但质量很小。
暗物质是一种只要引力作用,而没有电磁作用的物质。
也就是它完整不发光,也不反射光。
暗物质与我们的常规物质相遇,互不干扰。
如今我们经过暗物质的引力效应,可以晓得它的位置散布和质量大小。
暗物质散布极广,但密度低。
就太阳系来说,我们身边就有暗物质,但完整觉得不到。
所以太阳系的天文,不需求思索暗物质的影响。
我们太阳系就是在暗物质中穿行的。
仿佛飞机在空中的穿越一个云团一样。
假如用银河系的范围来察看,暗物质的影响就很可观了。
比方太阳等恒星绕银河的银心运动,依照质量和轨道半径计算,这个速 度太快,应该飞出银河才对。
由于有暗物质的质量,太阳这些恒星才被引力约束在银河里。
假如看星系间的互相作用,暗物质的影响就更大了。
不思索暗物质,运动轨迹都不对了。
很多星系的质心与观测的图像型心不重合,就是由于有暗物质,而暗物质的质心与常规物质的质心不分歧。
暗物质四处洋溢,在大尺度上比拟平均,由于它很难结块。
但并不是完整平整。
当观测到星系群,超星系群时,主要互相作用曾经是暗物质唱主角,超星系群以至开端有暗能量参与进来,常规物质价值曾经无关痛痒。
暗物质是谁发现的?
大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据。
当时,弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系。
之后几十年的观测分析证实了这一点。
尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。
在引入宇宙膨胀理论之后,许多宇宙学家相信我们的宇宙是一个平行空间,而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的)。
与此同时,宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙,其中能量密度都以物质的形式出现,包括4%的普通物质和96%的暗物质。
但事实上,观测从来就没有与此相符合过。
虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差,但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值,而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。
不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了。
宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团以及星系长城。
而在大尺度上能够促使物质运动的力就只有引力了。
但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景(CMB)中留下痕迹。
然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。
另一方面,不与辐射耦合的暗物质,其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。
在普通物质脱耦之后,已经成团的暗物质就开始吸引普通物质,进而形成了我们现在观测到的结构。
因此这需要一个初始的涨落,但是它的振幅非常非常的小。
这里需要的物质就是冷暗物质,由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。
在开始阐述这一模型的有效性之前,必须先交待一下其中最后一件重要的事情。
对于先前提到的小扰动(涨落),为了预言其在不同波长上的引力效应,小扰动谱必须具有特殊的形态。
为此,最初的密度涨落应该是标度无关的。
也就是说,如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和,那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。
大爆炸初期暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱(其谱指数n=1)。
WMAP的观测结果证实了这一预言,其观测到的结果。
但是如果我们不了解暗物质的性质,就不能说我们已经了解了宇宙。
现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞。
但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的,暗物质中的绝大部分现在还不清楚。
这里我们将讨论暗物质可能的候选者,由其导致的结构形成,以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质。
暗物质发现历史
星系自转曲线最早提出证据并推断暗物质存在的是20世纪30年代荷兰科学家Jan Oort与美国加州理工学院的瑞士天文学家弗里茨·兹威基等人。
弗里茨·兹威基观测螺旋星系旋转速度时,发现星系外侧的旋转速度较牛顿重力预期的快,故推测必有数量庞大的质能拉住星系外侧组成,以使其不致因过大的离心力而脱离星系。
星系与星系团观测子弹星系团是两个星系团碰撞的产物。
其中普通物质——高温气体(粉色,X射线波段)——会碰撞、损失能量、运动速度变慢。
星系团中的暗物质(蓝色,引力透镜观测)间相互作用很弱,可以彼此穿过。
2006年,美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-558进行观测,无意间观测到星系碰撞的过程,星系团碰撞威力之猛,使得暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据。
虽然暗物质在宇宙中大量存在是一个普遍的看法,但是科学家们发现螺旋星系NGC 4736的旋转能完全依靠可见物质的引力来解释,也就是说这个星系没有暗物质或者暗物质很少。
扩展资料
在宇宙学中,暗物质是指那些自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用的一种物质。
人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。
暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。
现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明:我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%,暗物质占了宇宙的23%,还有73%是暗能量。
2011年5月,意大利暗物质探测无果,该研究结果质疑其它发现暗物质结果。
评论(0)