18新利最新登入暗物质是如何工作的

天文学家一直着迷于星系几个世纪。首先，我们意识到我们的太阳系被包裹在一个巨大的恒星体的怀抱中。然后有证据表明在银河系之外存在其他星系银河系．到20世纪20年代，埃德温·哈勃(Edwin Hubble)等科学家对数千个“岛屿宇宙”进行了编录，并记录了它们的大小、旋转和与地球的距离等信息。18luck手机登录

天文学家希望测量的一个关键方面是星系的质量。但是你不能只测量一个星系大小的物体的质量——你必须通过其他方法来计算它的质量。一种方法是测量光强或光度。一个星系越亮，它的质量就越大18新利最新登入恒星是如何运作的)．另一种方法是通过跟踪星系内恒星围绕其中心移动的速度来计算星系体或圆盘的旋转。18新利最新登入旋转速度的变化应该表明重力变化的区域因此是质量。

当天文学家在上世纪五六十年代开始测量螺旋星系的旋转时，他们有了一个令人费解的发现。他们希望看到星系中心附近的恒星，那里可见物质更集中，比边缘的恒星移动得更快。相反，他们看到的是星系边缘的恒星与中心附近的恒星具有相同的旋转速度。天文学家首先观测到了银河系，然后，在20世纪70年代，维拉·鲁宾(Vera Rubin)对其他几个星系(包括仙女座(M31))的恒星进行了详细的定量测量，证实了这一现象。

所有这些结果都暗示了两种可能性:我们对万有引力和旋转的理解存在根本性的错误，这似乎不太可能，因为牛顿定律经受住了几个世纪以来的多次考验。或者，更有可能的是，星系和星系团必须包含一种看不见的物质形式——你好，暗物质——负责观测到的引力效应。随着天文学家把注意力集中在暗物质上，他们开始收集暗物质存在的更多证据。

天文学家在研究的过程中不断发现令人困惑的信息18luck手机登录宇宙中遥远的星系．一些勇敢的天文学家把他们的注意力转向星系团——由引力捆绑在一起的星系(少则50个，多则数千个)——希望找到以前未被探测到的热气体池，这可能解释了暗物质的质量。

当他们转身x射线当钱德拉x射线天文台等望远镜对准这些星团时，他们确实发现了巨大的过热气体云。然而，这还不足以解释质量18新利最新登入上的差异。对星系团中热气体压力的测量表明，暗物质的数量一定是我们观察到的所有恒星和气体的5到6倍[来源:18新利最新登入钱德拉x射线天文台］．否则，星系团中就没有足够的重力来阻止高温气体逸出。

星系团还提供了关于暗物质的其他线索。借用爱因斯坦的广义相对论在美国，天文学家已经证明，星系团和超星系18新利最新登入团的巨大质量可以扭曲时空。从星团后面的遥远物体发出的光线穿过扭曲的时空，导致光线在向观察者移动时弯曲并汇聚。因此，星团就像一个巨大的引力透镜，很像一个光学透镜18新利最新登入光的工作原理)。

根据透镜的形状，远处物体的扭曲图像可以以三种可能的方式出现:

通过测量弯曲的角度，天文学家可以计算出引力透镜的质量(弯曲越大，透镜的质量就越大)。使用这种方法，天文学家已经证实，星系团的质量确实比用发光物质测量的质量大，因此，提供了暗物质存在的额外证据。

随着天文学家收集到暗物质存在的线索——数量惊人——他们转向计算机来创建这些奇怪物质可能是如何组织的模型。18新利最新登入他们对宇宙中可能存在多少重子和暗物质进行了有根据的猜测，然后让计算18新利最新登入机根据这些信息绘制出一张地图。18luck手机登录模拟显示，暗物质是一种网状物质，与18新利最新登入常规可见物质交织在一起。在某些地方，暗物质聚集成块状。在其他地方，它伸展形成长而细的细丝，星系似乎纠缠在这些细丝上，就像昆虫被蜘蛛丝缠住一样。根据计算机，暗物质可能无处不在，将宇宙捆绑在一起就像某种看不见的结缔组织。

从那以后，天文学家们一直在努力工作，以直接观测为基础，绘制出类似的暗物质地图。他们一直在使用一种相同的工具——引力透镜——这有助于证明暗物质的存在。通过研究星系团的光弯曲效应，并将数据与光学测量相结合，他们已经能够“看到”不可见的物质，并开始组装精确的地图。

在某些情况下，天文学家正在绘制单个星系团。例如，2011年，两个团队利用钱德拉x射线天文台和哈勃太空望远镜等其他仪器的数据，绘制了一个名为Abell 383的星系团中暗物质的分布，该星系团距离地球约23亿光年。两个团队都得出了相同的结论:星系团中的暗物质不是球形的，而是卵形的美式足球，一端指向观察者。然而，研究人员对Abell 383中暗物质的密度意见不18新利最新登入一。一个团队计算出暗物质向星系团中心的方向增加，而另一个团队测量到中心的暗物质较少。即使存在这些差异，独立的努力也证明了暗物质是可以被探测到并成功绘制的。

2012年1月，一个国际研究团队公布了一个更雄心勃勃的项目的结果。科学家们利用位于夏威夷莫纳克亚山上的加拿大-法国-夏威夷望远镜(CFHT)上的3.4亿像素相机，在5年的时间里研究了天空中四个不同区域的1000万个星系的引力透镜效应。当他们把所有东西拼接在一起时，他们得到了一张横跨10亿光年空间的暗物质图——迄今为止最大的隐形物质地图。他们的成品类似于早期的计算机模拟，揭示了一个巨大的暗物质网络，它横跨太空，与我们几个世纪以来所知道的正常物质混合在一起。

基于这些证据，大多数天文学家都同意暗物质的存在。除此之外，他们有更多的问题而不是答案。最大的问题，可以说是宇宙学中最大的问题之一，集中在暗物质的确切性质上。它是一种奇异的、未被发现的物质，还是我们难以观测到的普通物质?

后一种可能性似乎不太可能，但天文学家已经考虑了一些候选人，他们称之为男子气概,或巨大致密晕天体．macho是位于星系光晕中的大型物体，但由于它们的光度很低而无法被探测到。这些天体包括褐矮星、极暗的白矮星、中子星，甚至黑洞。macho可能对暗物质之谜有一定的贡献，但它们的数量根本不足以解释单个星系或星系团中的所有暗物质星系．

天文学家认为暗物质更有可能是由一种新的基本粒子构成的一种全新的物质。起初，他们考虑过中微子，基本粒子在20世纪30年代首次提出假设，然后在20世纪50年代被发现，但由于它们的质量很小，科学家们怀疑它们构成了多少暗物质。其他候选人都是科学想象力的虚构。它们被称为弱作用大质量粒子(弱相互作用大质量粒子)，如果它们存在，这些粒子的质量是质子的数十倍或数百倍，但与普通物质的相互作用非常弱，以至于很难被探测到。大质量弱相互作用粒子可以包括任意数量的奇怪粒子，例如:

世界各地的科学家仍在积极寻找这些粒子。他们最重要的实验室之一大型强子对撞机(LHC)这条隧道位于地下深处，长16.5英里，横跨法国和瑞士边境。在隧道内，电场将两束质子束加速到荒谬的速度，然后让它们碰撞，从而释放出复杂的粒子喷射。LHC实验的目标不是直接产生弱相互作用大质量粒子，而是产生其他可能衰变为暗物质的粒子。这种衰变过程虽然几乎是瞬时的，但却能让科学家追踪动量和能量的变化，从而为一种全新粒子的存在提供间接证据。

其他实验涉及到地下探测器，希望能记录下在地球上飞驰而过的暗物质粒子(见边栏)。

不是每个人都相信暗物质，绝对不是。一些天文学家相信运动定律和重力，由牛顿然后展开为爱因斯坦他们可能终于遇到对手了。如果是这样的话，那么引力的改变，而不是一些看不见的粒子，可以解释归因于暗物质的效应。

在20世纪80年代，物理学家莫德海·米尔格罗姆(Mordehai Milgrom)提出，牛顿第二运动定律(力=质量x加速度，f = ma)应该在星系运动的情况下重新检验。他的基本观点是，在加速度非常低的情况下，对应于较大的距离，第二定律就失效了。为了使它更好地工作，他在牛顿著名的定律中加入了一个新的数学常数，称之为修正蒙德,或修正牛顿动力学．由于Milgrom将MOND作为一个特定问题的解决方案，而不是作为一个基本的物理原理，许多天文学家和物理学家对此表示不满。

此外，MOND也不能解释其他不涉及牛顿第二定律的技术发现的暗物质的证据，比如x射线天文学和引力透镜。2004年修订的MOND，被称为特维斯（Tensor-Vector-Scalar重力)，在时空中引入三个不同的场来取代一个引力场。因为TeVeS包含了相对论，它可以容纳透镜等现象。但这并没有解决争论。2007年，物理学家测试了牛顿第二定律，将加速度降至5 x 10^-14年米/秒²并报告了f = ma是正确的，没有必要的修改(见美国物理学会新闻更新:“牛顿第二运动定律”，2007年4月11日)，使得MOND看起来更没有吸引力。

还有一些观点认为暗物质是量子物理学产生的幻觉。2011年，欧洲核子研究组织(CERN)的德拉甘·哈伊杜科维奇(Dragan Hajdukovic)提出，真空中充满了物质和反物质粒子，它们不仅是电的对立面，而且是引力的对立面。在不同的引力电荷下，物质和反物质粒子会在空间中形成引力偶极子。如果这些偶极子在星系附近形成——一个具有巨大引力场的物体——引力偶极子将变得极化，并加强星系的引力场。这将解释暗物质的引力效应，而不需要任何新的或奇异的物质形式。

如果暗物质像宇宙胶水一样，天文学家必须能够用宇宙形成的流行理论来解释它的存在。的大爆炸理论早期的宇宙经历了巨大的膨胀，直到今天仍在膨胀。重力聚集星系大爆炸留下了大量的物质，尤其是以暗物质形式存在的看不见的物质，这些物质合在一起形成了墙壁或细丝。事实上，超级计算机对宇宙形成的模拟显示了这一点18新利最新登入星系、星系团和更大的结构最终会形成来自宇宙早期暗物质的聚集。

除了赋予宇宙结构，暗物质还可能在宇宙的命运中发挥作用。宇宙正在膨胀，但它会永远膨胀下去吗?引力将最终决定宇宙膨胀的命运引力取决于宇宙的质量；具体来说，宇宙的临界质量密度是10^-29年克/厘米^3.(相当于电话亭里的几个氢原子)，决定了可能发生的事情。

质量密度的测量必须包括光和暗物质。所以，了解宇宙中有多少暗物质是很重要的。18新利最新登入

最近对遥远超新星运动的观测表明，宇宙的膨胀速度实际上正在加速。这就打开了第四种可能性，加速宇宙，在这种宇宙中，所有的星系都会相对快速地远离彼此，宇宙会变得寒冷和黑暗(比开放宇宙快，但仍然在数百亿年的范围内)。造成这种加速的原因尚不清楚，但它被称为暗能量。暗能量比暗物质更神秘——这只是天文学上城镇边缘黑暗的另一个例子。也许宇宙，就像斯普林斯汀所暗示的那样，将在很长很长一段时间内保守它的秘密:

最初发表于2007年9月4日