豹子奇闻网导读:小编整理了关于“暗物质到底是什么 暗物质才是主宰宇宙是真的吗?【图说】”的内容,方便你深入了解!

暗物质在上个世纪就有科学家提出这一观点,然而并没有人相信,在本世纪初期,暗物质才被证实存在。暗物质是一种比粒子和电子还小的物质,而它却是宇宙的主要组成物质。在宇宙的数十亿个星系中,暗物质才是主宰宇宙的。和小编一起看看暗物质到底是什么吧。

暗物质起源

暗物质可能存在的第一个暗示性发现可追溯至1932年,荷兰天文学家简·奥尔特(Jan Oort)测量了银河系内恒星的轨道开放模式,并发现它们运行速度太快,无法通过观测银河系质量进行解释。然而近半个世纪之后天文学家才开始认真搜寻暗物质,上世纪70年代,天文学家维拉·鲁宾(Vera Rubin)和仪器制造商肯特·福特(Kent Ford)依据恒星与星系中心的距离,测量了附近星系的自转速率,他们将测量结果与标准牛顿引力理论进行了对比分析。

恒星以接近圆形路径环绕主星系运行,而引力是保持恒星处于轨道位置的作用力。牛顿第二定律预测该作用力使这颗恒星在圆形轨迹中移动,F(圆形轨道作用力)应当等于恒星的引力作用,如果没有F(引力作用力),恒星将偏离进入太空轨道,或者进入银河系中心。对于记得高中物理知识的人们来看,F(圆形轨道作用力)是一种惯性的表述,仅是牛顿第二定律F = ma,F(引力作用力)是牛顿万有引力定律。

在接近银河系中心的位置,鲁宾和福特发现F(圆形轨道作用力)大致上与F(引力作用力)相等,但远离银河系中心的区域,F = ma的匹配性不是很好,虽然星系之间详细状况有所差异,但是它们的观测结果基本上一致。

像这样明显的差异性需要进行解释,接近星系中心的区域,罗宾和福特的测量数据意味着该理论有效,而较大轨道距离的差异性意味着现有理论无法解释一些现象。他们的观测结果表明,要么我们不理解惯性如何运行(例如:F(圆形轨道作用力)),或者我们不理解引力是如何工作的(例如:F(引力作用力))。第三种可能性是牛顿第二定律等式是错误的,意味着还有其它的作用力或者影响并未计算在内,这是唯一的可能性。

关于暗物质未解答的问题

暗物质理论在预测许多测量值方面效果很好,这就是为什么该理论在科学界被普遍认可的原因。但是暗物质仍是一个未经证实的模式,迄今所有暗物质存在的证据都是非直接的。如果暗物质存在,当它穿过地球时,我们应当直接观测暗物质的交互作用,同时,我们可以在较大的粒子加速器中制造暗物质,像大型强子对撞机。然而这两种方法都没有成功。

此外,暗物质应当与所有的、而不仅仅是许多天文观测一致。虽然暗物质是迄今为止最成功的模型,但它并不是完全成功的。暗物质模型预测大量矮卫星星系环绕像银河系这样的大型星系,其数量将比现已发现的数量更多。虽然现已发现大量的矮星系,但它们数量非常少,无法与暗物质预测数值进行对比。

对于暗物质的严峻挑战

对于暗物质模型而言,塔利·费舍尔关系是一个严峻的挑战,一个星系的旋转受它所包含的物质总量控制。如果暗物质真实存在,那么宇宙物质的总质量就是普通物质和暗物质的总和。

但是现今暗物质理论预测称,任意星系都可能包含较大部分或者较小部分的暗物质,因此当人们发现宇宙可见物质时,你可能错过发现占较大部分的暗物质。可见质量只能预测星系总质量的一小部分,星系的质量可能与普通的可见物质质量相似,也可能大得多。

因此,这里没有理由认为可见质量应当很好地预测星系的旋转速度。事实上,今年一份研究报告表明,暗物质怀疑论者使用不同星系塔利·费舍尔关系的测量数据,来反驳暗物质假说,以及修正后的惯性理论。

暗物质能够较好地预测宇宙结构理论,它并不完整,它需要通过发现实际的暗物质粒子进行验证。所有当前仍有一些工作需要做。但是最新计算是重要的环节,便于我们知晓宇宙是否由暗物质主宰。

暗物质研究观点

英国天文学家里斯认为可能有三种候选者:第一种就是上面所述的小质量恒星或大行星;第二种是很早以前由超大质量恒星坍缩而成的200万倍太阳质量左右的大质量黑洞;第三种是奇异粒子,如质量可能为20~49电子伏且与电子有联系的中微子,质量为105电子伏的轴子或科学家所赞成的各种大统一理论所允许和需求的粒子。

欧洲核子研究中心的粒子物理学家伊里斯认为,星系晕及星系团中最佳的暗物质候选者是超对称理论所要求的S粒子。这种理论认为:每个已知粒子的基本粒子(如光子)必定存在着与其配对的粒子(如具有一定质量的光微子)。伊里斯推荐四种最佳暗物质候选者:光微子、希格斯微子、中微子和引力粒子。科学家还认为,这些粒子也是星系团之间广大宇宙空间中的冷的暗物质候选者。跟普通物质一样,暗物质具有引力作用,几十亿颗恒星正是在它们的帮助下聚集到星系里。但是这种物质很难与普通物质发生互动,人们看不到它。