暗物质的论文

神秘的暗物质究竟是什么？为何明明没有观测到，科学家就相信它存在

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暗物质之所以被称为暗物质，是因为它不与电磁场相互作用，这意味着它不吸收、反射或发射电磁辐射，因此很难被探测到。现代天文学依靠引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。

暗物质的主要证据来自计算结果，这些计算结果表明，如果没有大量看不见的物质，许多星系会飞离，或者它们甚至不会形成，也不会按照人们观测到的样子运行。简单来说，暗物质是基于计算和理论推导出来的，并没有被直接观测到。在标准的Lambda CDM宇宙学模型中，由普朗克卫星探测的数据得到，宇宙的构成，包含的常规物质，的暗物质和的暗能量。因此，暗物质占总质量的85%，而暗能量和暗物质占总质量和能量的95%。

被暗物质包围的地球（想象图）

1884年，开尔文勋爵估计了银河系的质量，他确定，宇宙的质量不同于可见恒星的质量。因此，开尔文勋爵得出结论：“我们的许多恒星，也许其中的绝大多数，可能是暗物质”。像开尔文、庞加莱等这些大人物，都猜想过暗物质的存在，不过这些都是猜测。为暗物质提供强大理论基础的，就是大名鼎鼎的广义相对论。之后，爱因斯坦和德西特联手写了一篇有关宇宙存在「看不见物质」的论文。而德西特也是被誉为「暗物质和暗能量的理论先驱」。

1932年，荷兰科学家扬·奥尔特提出证据并推断了暗物质的存在，他根据银河系恒星的运动提出银河系里面应该有更多的质量的想法，不过，后面这一证明被说是错误。

20实际60年代，维拉·鲁宾，肯特·福特和肯·弗里曼的工作为暗物质提供了进一步强有力的证明。此外，鲁宾和福特还利用一种新的光谱仪，更精确地测量了螺旋星系边缘的速度曲线。众所周知，行星距离恒星越远，公转速度就越慢（开普勒定律），基于此，旋转星系也应该遵守这一规则。

但他们测得的结果却出乎意料。处在远离星系中心的恒星，公转速度要比开普勒定律的理论值大很多。想要拴住这些速度极快的恒星，就需要更大的力，这些引力是从哪来的？故他们推测是有数量庞大的质能拉住星系外侧组成，以使其不致因过大的离心力而脱离星系，这就是著名的星系自转问题。

历史上，人们将可能的暗物质分为三个大类：冷暗物质、温暗物质、热暗物质。这个分类并非依照粒子的真实温度，而是依照其运动的速率。

直接探测

对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。目前大部分的实验使用低温探测器或惰性液体探测器。这两种探测技术都能够从其他粒子与电子对撞的噪声中辨识出暗物质与核子的碰撞。

间接探测

暗物质的间接探测主要是观测其两两湮灭时所产生的讯号。然而在完全了解其他来源的背景噪声以前，这类的探测不足以当作暗物质的决定性证据，因此只能算作间接探测。

由于暗物质还没有被最终确定，而且有其他的假说已经出现，旨在解释观测的现象，暗物质也是被用来解释观测到的现象。目前，最常用的方法是修正广义相对论。广义相对论在太阳系尺度上得到了很好的检验，但它在银河系或宇宙学尺度上的有效性还没有得到很好的证明。大多数天体物理学家的主流观点是，尽管对广义相对论的修正可以解释部分观测证据，但有足够的数据得出结论，宇宙中一定存在某种形式的暗物质。对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。

矮星系的恒星形成过程能够缓慢“加热”暗物质，将它们往外推。左图展示了一个模拟矮星系的氢气密度。右图展示了真实存在的矮星系IC 1613的氢气密度。模拟过程中，重复出现的气体流入-流出导致IC1613中央的引力场强度波动。暗物质对这种波动做出相应，具体体现为远离IC 1613中央。这种效应被称之为“暗物质升温” 在一项新研究中，科学家发现相关证据，证明暗物质可以被加热并四处移动。之所以出现这些现象是因为星系的“造星运动”。新研究提供了第一个观测证据，证明所谓的“暗物质升温”效应，同时也为科学家提供新线索，帮助他们揭示暗物质的构成。研究论文刊登在《英国皇家天文学会月刊》上。 此项新研究由萨里大学、卡耐基·梅隆大学和苏黎世联邦理工学院的科学家进行，旨在搜寻附近矮星系中央的暗物质证据。矮星系是暗淡的“小个子”星系，通常环绕大型星系运行，例如我们的银河系。它们可能隐藏着一系列线索，有助于科学家进一步了解暗物质的特征。 艺术概念图，银河系的暗物质蓝色光晕 在宇宙的物质总量中，暗物质占据主导地位。不过，暗物质与光线的交互方式与正常物质不同，只有通过研究它们的引力效应，才能对暗物质进行观测。进一步了解矮星系的恒星如何形成，可能是揭开暗物质神秘面纱的关键。 恒星形成时，强风会将气体和尘埃吹离星系中央。其结果是，星系中央质量减少，影响余下暗物质所能感受到的引力大小。在引力减少的同时，暗物质获得能量并离开星系中央。这种效应被称之为“暗物质升温”。 矮星系NGC 5264。类似这样的矮星系通常拥有10亿颗左右恒星 研究过程中，天体物理学家对16个矮星系中央的暗物质数量进行了测算。这些矮星系的恒星形成史存在很大差异。他们发现很久前就停止造星的矮星系，中央的暗物质密度超过仍在造星的矮星系。这一发现支持了“古老星系暗物质升温效应较弱”的理论。 研究论文主执笔人、萨里大学物理学系主任贾斯汀·里德表示：“我们发现这些矮星系中央的暗物质数量与它们曾经的造星数量之间存在显著联系。”仍在造星的矮星系中央的暗物质似乎被加热并往外推。 凤凰座矮星系。它是一个不规则星系，内侧恒星较为年轻，外侧恒星则比较古老 研究发现为暗物质模型添加了新限制条件：暗物质一定能够形成中央密度千差万别的矮星系，中央的暗物质密度一定与造星数量之间存在联系。研究论文合著者、卡耐基·梅隆大学的马修·瓦尔克指出：“这项研究可能找到了确凿证据，有助于我们进一步了解暗物质的构成。我们的研究表明暗物质可以被加热并四处移动。这项发现有助于推进暗物质粒子的搜寻工作。” 研究小组希望扩大矮星系样本数量，测算更多矮星系中央的暗物质密度。他们计划将亮度更为暗淡的矮星系囊括其中，测试更多暗物质模型。

暗物质是人的肉眼无法看到的宇宙物质，科学家通过在没有光的真空条件下研究它，观测深空中的天文现象发现了暗物质。