暗物质到底 它为什么看不见?
简介:【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
【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或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)
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