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什么是暗物质呢?宇宙中的暗物质猜测

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2022-03-31

狭义的暗物质是不参与电磁相互作用的物质,人的肉眼看不见,光学望远镜、射电望远镜之类基于电磁波的设备也看不见。不过,人类可以借助弱相互作用和引力相互作用观测到这些暗物质,也可以通过电磁相互作用观测暗物质对其它物质的影响而间接观测暗物质。

上述定义并不排除“暗物质有可能参与弱相互作用”之类。人类已经知道中微子不参与电磁相互作用而参与弱相互作用。人类修建的暗物质粒子探测设备在基本排除宇宙线与自然本底辐射影响后也确实观测到一些东西撞击原子核产生的信号,它的变化规律不能归结到太阳系内已知天体的活动上。广义的暗物质是在我们目前的条件下不能靠电磁波观测的物质,包括重子暗物质和非重子暗物质。

重子暗物质是参与电磁相互作用的,例如非常稀薄的星际分子云、附近缺乏光源的星际行星和褐矮星、遥远的晕族大质量致密天体。你的身体也主要是重子物质。观测不到一部分重子物质,是因为对我们手里的望远镜来说目标在其距离上看起来光度太低,而它实际上未必暗到哪去。非重子暗物质的类别你有时候会在科技新闻里看到“非重子暗物质”“冷暗物质”之类词语。非重子暗物质是不参与电磁相互作用的物质,也就是狭义的暗物质,可根据运动速度分为热暗物质、温暗物质、冷暗物质。
●热暗物质粒子的运动速度接近真空光速,例如中微子。中微子可以被专门设计的大科学装置观测,例如日本的超级神冈探测器。

1998年,超级神冈探测器首次发现了中微子震荡的强烈证据,其观测到了μ子中微子转变为τ子中微子的现象,显示中微子具有质量。梶田隆章在该年的“中微子物理学·宇宙物理学国际会议”上发表该结果,以此研究获得2015年诺贝尔物理学奖。

●温暗物质粒子的运动速度足以产生相对论效应,但距离真空光速尚远,例如惰性中微子,在标准模型里它只参与引力相互作用;

●冷暗物质粒子的运动速度远低于真空光速,目前认为可能由大质量弱相互作用粒子(例如最轻的超中性子)组成,也有轴子等假说(一些学者对轴子的存在很没有信心,2020年底大规模的轴子验证实验最终得到了零结果,意味着轴子即使存在,也比过去预测的更难探测)。当然,足够多的重子暗物质可以直接覆盖冷暗物质的功能。也有一些学者希望用大量的原初黑洞来解释暗物质。为何引入暗物质的概念引入暗物质的概念是为了解释星系自转问题等表现出异常引力的观测事实,不同星系自转的情况有差异,有些需要的暗物质含量几乎为零,有些则异常多。暗物质也在大尺度结构形成过程的模拟中成功解释了星系团动力学,并正确地预测了引力透镜观测的结果。在历史上,最早提出暗物质相关证据的是扬·亨德里克·奥尔特,在1932年他根据银河系恒星的运动提出银河系应该有更多的质量。1933年,弗里茨·兹威基在研究后发座星系团时,使用维里定理推断其内部有看不见的质量。1959年,Louise Volders指出螺旋星系M33的转动不遵循开普勒定律。

Tags:宇宙探索,暗物质  
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