暗物质到底是什么？它为何看不见？

yehangdy

【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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编辑用时：2018年09月09日-2018年09月10日
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最后更新：2018年12月19日星期三
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作者：一点资讯