所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

在90年代,宇宙事實上在擴張被確立起來。同時,其擴張的速度也被認為會隨著時間流逝變慢,因為宇宙實際上又億萬天體組成,而引力將會把所有物質拉到一塊兒,這樣就會是擴張速度變慢。然而事實上,這並沒有發生。與天文學家所相信的相反,哈勃望遠鏡在1998年所記錄的對那些遙遠的超新星的觀察揭示,這種擴張的速率其實是在上升!

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

圖解:蟹狀星雲是與1054超新星相關聯的一個脈衝星風星雲

當科學家無法發現任何東西來為這種預計的擴張模式戲劇性變化負責時,一種被稱為“暗物質的”神秘存在就出現在了天文書裡。

暗物質

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

圖解:此圖展示了至少四個星系團間的一次複雜碰撞。天文學家將之稱為“潘多拉星系團”,因為所有不同的結構都能在其中找到。那些從未被看到過的奇怪效應顯然因為這種撞擊被產生出來了。

關於暗物質最值得注意的事是我們不知道它究竟是什麼!這非常令人驚訝,因為可觀察宇宙中的至少27%都被認為是由暗物質組成的!非常多的想法和假設被提出來解釋暗物質的存在,現在就讓我們來看看其中的幾個……

當處理“常規的”東西時,我們通過觀察、計算和分析與其有關的參數確定它的基本性質。然而,有關暗物質時,這種常規方法就行不通了,不像常規物質,處理暗物質時我們甚至不知道自己有沒有看到暗物質。因此,研究者首先通過排除暗物質所不是的東西來確定它到底是什麼。

暗物質不發冷光,它就是“暗的”

這在一開始看上去可能很容易。然而,當天文學家被那些好像突然出現在所有地方,並造成了天文計算中的謬誤的“奇怪東西”弄糊塗時,這些異常情況背後可能有“暗”物質雖然可能出乎人的衣料,但也能讓人長舒一口氣。

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

換句話說,以前科學家知道某種無法解釋的東西在造成反常現象,所以他們把它叫做“暗物質”,但他們不知道暗物質究竟是不是暗的。我們現在知道了暗物質一定是暗的,是因為在宇宙中可見物質的總量,亦即我們能夠看見的物質,實在太小而只有所有物質的27%。

暗物質不是反物質

暗物質經常被和反物質混在一起,但是天文學家知道暗物質不是反物質,因為反物質和物質有接觸,它們消滅自己釋放出大量的伽馬射線。因為我們沒有在如此大量的暗物質中檢測到任何獨特的伽馬射線,它是反物質的可能性就可以被排除了。

不是反物質因子

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

它不由可見物質的黑暗塵埃雲形成

由於暗物質不容易被看到,有人可能認為暗物質就是被正常物質的黑暗塵埃雲組成的(所以也就是“不可見的”),由被稱為重子的例子構成(重子是原子內的粒子,由強核力中互相作用的三夸克組成)。然而,這不是真的,因為如果情況是這樣,我們就能用同樣的方法可以探測到黑洞,我們也能夠探測到重子云因為它在穿過它們使應當能吸收輻射。

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

暗物質不是星系大小的黑洞

天文學家非常肯定暗物質也不是星系大小的黑洞,這一點來源於我們可以觀察道德引力透鏡的數量。以下是一個引力透鏡的可見例子:

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

圖解:黑洞引力透鏡-由於引力透鏡,黑洞使背景中的星系圖像扭曲了(圖片版權:維基百科)

由於光線通過高濃度的物質時會彎曲(引力透鏡),考慮到暗物質佔了可觀察的宇宙的27%,我們可以比現在更頻繁地觀測到引力透鏡。

暗物質可能由什麼構成?

關於暗物質的構成有許多假設,在解釋與暗物質有關的天文觀測時,每一種都有優缺點。

一種觀點支持暗物質可能其實是由重子物質構成的,但是這種必須在小的褐矮星(太大而不能是行星但作為恆星又太小的天體),或者小而密度大的重元素塊中成串。換言之,暗物質可能是某種叫做MACHOs(大量緊密的光環天體Massive Compact Halo Objects)的東西組成的,類似於中子星,褐矮星或者黑洞。

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

圖解:褐矮星-規模龐大的褐矮星(圖源:維基百科)

另一種看法(也是最流行的)反對前述的觀點,而提出暗物質根本不是由重子物質組成的;相反,它可能由更奇異的粒子組成,比如軸子和WIMPs(Weakly Interacting Massive Particles,弱反應的大量粒子,比如超光子和大量的中微子)。

所以,我們經常聽說的暗物質到底是什麼?

正如我們提到的,有許多假設試圖解釋我們知道存在著的這種神秘的物質,但是缺乏關於其構成的細節。如果能對這27%的未知事物作出解釋,天文學家一定會對他們關於宇宙的知識和理解更加確信,但研究還在繼續。如果有一件我們確定的事,那就是宇宙永遠會有更多秘密等我們去揭開!

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. sciabc-挖礦的呆鵝

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