文摘
还有很多我们不知道的宇宙。理解一种神秘的物质称为暗物质的存在和化妆是今天科学家面临的主要挑战之一。有很多关于暗物质可能是什么,但我们还没有理解它的真实本性。我们怎么知道这样的事情存在吗?研究暗物质的最大的挑战是,我们无法看到它。科学家在这篇文章中,我们将讨论如何使用望远镜来预测科学观察暗物质的存在,为什么科学家认为它已经渗透到我们宇宙的每一个角落。
暗物质是什么?它甚至是真的吗?
当我们仰望夜空时,我们注意到瓶里装的是成千上万的星星。这些明亮的天体包括行星在太阳系,银河系中恒星,和整个星系很远很远的地方。这些对象占宇宙中所有的发光物质。不同类型的望远镜的帮助下,我们可以通过观察这些天体辐射的光。一些望远镜能够探测光从数百万光年。事实上,你可能听说过一个超级望远镜,哈勃望远镜,可以看到超过134亿光年(1]!所有的望远镜探测光的工作电磁频谱,从可见光到x射线,这些天体发出的。科学家们用各种波长检测光来确定关键信息关于我们宇宙的天体,比如距离,年龄,大小和形状。他们甚至可以使用其中一些信息来理解宇宙的规律。然而,有事在宇宙中这并不发光在任何电磁频谱的一部分,这意味着我们不能与我们的望远镜观察它。这种独特的财产让人无法观察到这些类型的问题,所以科学家称暗物质。
一些科学家,特别是天体物理学家,花了大量的时间生成理论暗物质可能是什么。科学家知道暗物质不发光从任何电磁频谱的一部分,但暗物质已经观察到受重力的影响。天体物理学家仍然不知道暗物质是什么,没错。然而,他们不知道暗物质是什么,通过观察它的行为方式与其他材料相比。我们知道暗物质星系总质量的80% ~ (2]。这意味着有四倍的暗物质和普通物质相比!如果暗物质很难观察,为什么科学家相信它真的存在吗?暗物质的证据支持存在广泛,我们将探索在以下部分中三个主要的例子。
暗物质影响恒星在星系的运动
第一种证据支持暗物质的存在与暗物质的方式会影响到天体的运动。在我们的太阳系中,几乎所有的质量是在阳光下。最里面的行星水星和金星绕太阳运行最快的。随着太阳的距离增加,行星移动的速度减少。这是因为从太阳对行星的引力更少远,以免陷入或远离太阳,他们必须缓慢移动。我们可以应用类似的比喻星系。如果我们假设一个星系明亮的部分显示的质量,然后大部分的质量是在中心附近,在暗淡的星系的边缘不应当有质量。因此,对象轨道远离星系的中心应该低于中心较近的物体移动,就像我们太阳系的行星。
为了验证这个假设,科学家记录入射光从一个遥远的螺旋星系(我们家星系,银河系,也被认为是一个螺旋星系)和策划速度明星和他们的距离银河系的中心。科学家们发现星星并不表现在预期的方式。他们发现星星远离中心发展的速度远远快于预测(图1)。这是可能的唯一方法就是如果有更多的质量比我们可以观察到的星系的外围部分。我们无法看到这个质量,因为它不发光,表明暗物质的存在。
- 图1 -恒星的速度之间的关系和他们的距离银河系的中心。
- 恒星的实际观测到的速度(一)远离星系中心的大于科学家所预测的情况(B)。这些数据表明有大量的质量存在于外星系的一部分,我们不能因为它不发光,表明暗物质的存在下许可的(从原始图像修改PhilHibbs和CC冲锋队3.0)。
暗物质混乱星系质量的计算
暗物质是并不是所有的新证据。早在1933年,弗里茨,瑞士天文学家,是第一个探测暗物质的存在。兹维基研究了超过1000个星系发出的光,昏迷星系团的一部分。兹维基后发座星系团的质量决定使用两种方法。一种方法使用星系的速度,他决定通过测量他们发出的光的变化。第二种计算方法确定大规模集群使用的总亮度。在比较这两个结果的估计,他发现星系速度测量估计有数百个时间后发座星系团的质量比亮度估计预测。
由于额外的物质并非发光他说,“如果这将是证实,我们会得到令人惊讶的结果,暗物质存在于更大的数量比发光物质”(3]。之后不久,一个类似的结果是获得室女座星系团的星系。然而,测量技术当时不像现代的方法和精确的宇宙有争议的结果的性质是由某种未知的黑暗matter-caused科学家拒绝这一假说,直到近50年后。
暗物质弯曲光线
证据支持的第三个暗物质的存在来自子弹状星系团的一项研究,这是两个星系的名字最近相撞。天文学家已经发现了一种方法来发现一个天体对象的质量,像一个星系,利用一种被称为技术引力透镜效应(4]。引力透镜效应是基于事实,一个物体的质量影响空间的密度。当光线穿过密集的空间,它弯曲。说清楚了,让我们想象一个平面拉伸单。表代表空间没有群众接近它。现在,想象一下表上放置一个保龄球。我们知道,表会推倒的保龄球。球将曲线表以类似方式群众如何扭曲时空。当光线接近一个物体在空间中,它在曲面上,弯曲光波。物体的质量越大,越光弯曲。 With the help of this theory, we can determine the mass of a celestial object by watching how much the light from a star right behind it bends.
利用引力透镜效应,科学家决定总子弹状星系团的质量,包括暗物质(5]。图2表明,大多数的子弹状星系团的质量不是x射线的来源在哪里originating-meaning不是从这件事我们可以看到。因此,这些星系是由更多的暗物质比普通物质。
- 图2 -一个图像的子弹状星系团由NASA的哈勃太空望远镜和钱德拉x射线天文台。
- 子弹状星系团是两个星系,一旦相撞的组合。蓝色区域代表大多数星系的质量,这是由暗物质组成,粉红色区域是正常的事。我们可以通过引力透镜,探测暗物质探测光的变化由遥远的天体(5]。彩色区域外的亮点是恒星和星系不是子弹状星系团的一部分(来源:x射线:NASA /科学家CfA / M。Markevitch et al。光学:NASA /太空望远镜科学研究所;麦哲伦/ U。亚利桑那州/ D。克洛et al。透镜地图:NASA /太空望远镜科学研究所;ESO注射用水;麦哲伦/ U。亚利桑那州/ D。克洛等)。
暗物质可能是什么?
科学家们已经提出了很多不同的理论试图解决暗物质之谜。一些科学家相信暗物质只是普通物质,主要集中在。net framework里对象,如大型行星或黑洞。然而,科学观察这一理论已不太可能。
暗物质是什么做的,然后呢?科学家们已经发现一种类型组成暗物质的粒子,称为中微子。中微子粒子不发光,就像暗物质。然而,中微子可以只占总额的一小部分暗物质,因为他们太光,早期宇宙中创建时,他们走得太快了。所以,必须涉及到其他未被发现的粒子。提出的两个最有前途的候选人wimp粒子,就可以。类型都没有被观察到,世界各地的许多实验正在寻找他们。
结论
暗物质占宇宙中所有物质的63% (图3)。的确,我们了解暗物质的能力将帮助我们更多地了解宇宙,宇宙的起源和形成的包括细节。世界各地的许多实验正在进行,包括在瑞士的大型强子对撞机实验,1确定微小粒子的性质,可以告诉我们关于暗物质形成的条件。更多的工作要做,但有一件事是相信很多期待在天体物理和粒子物理领域!
- 图3——整个圆代表在场的所有物质宇宙的诞生后380000年。
- 你可以看到暗物质的数量远远大于所有其他类型的问题。暗物质的数量仍然类似今天2),和宇宙的质量并没有太大改变图中所示的时代。图表由NASA / WMAP科学团队是公共领域。
术语表
电磁频谱:↑完整的光的频率范围,从无线电波到伽马射线和x射线。
波长:↑测量光的,特别是在光波峰之间的距离。光波长测量纳米(纳米),范围从约400海里(紫外线)700海里(红外),与可见光下降。
事:↑任何质量。
暗物质:↑物质不发光,因此不能用望远镜观看。
天体物理学家:↑一个科学家研究天体,整个宇宙的大小。
速度:↑两个点之间的距离移动单位的时间。例如,一个汽车移动60公里/小时的旅行从a点到B点60公里1 h。
引力透镜效应:↑遥远星系产生的光线弯曲和扭曲的引力场与大量的质量如星系团。
中微子:↑微小的粒子,比原子还小,没有一个电荷。中微子是暗物质的组成部分之一。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
脚注
1。↑大型强子对撞机的信息,请参阅https://home.cern/about在暗物质https://home.cern/science/physics/dark-matter。
引用
[1]↑加纳,r . 2015。哈勃太空望远镜。检索:https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/story/index.html
[2]↑伊瓦拉,a . 2015。暗物质理论。诊断。物理的一部分。Proc。267 - 269:323 - 31所示。doi: 10.1016 / j.nuclphysbps.2015.10.126
[3]↑伯顿·g·胡珀,d . 2018。暗物质的历史。启Mod。物理。90:045002。doi: 10.1103 / revmodphys.90.045002
[4]↑Wambsganss, j . 1998。引力透镜在天文学。启Relativ生活。1:12。doi: 10.12942 /远程雷达- 1998 - 12所示
[5]↑克洛,D。Bradač,M。Gonzalex, a . H。Markevitch, M。兰德尔·s·W。琼斯,C。2006年,等。直接经验证明了暗物质的存在。12,54。j。648:L109-13。doi: 10.1086/508162