宇宙中,充满了各种巨大的天体它们的质量如此之高,以至于我们的语言似乎缺乏。例如,太阳的质量约为2000亿吨,宇宙中充满了比太阳大得多的天体。我们只能以单位来测量太阳的质量。例如,星系通常是太阳质量的几千亿倍,宇宙中至少有几千亿个星系
尽管如此,这些可见物质只占宇宙总质量的很小一部分,约4.9%,26.8%被暗物质占据,68.3%被暗能量占据。那么,什么是暗物质和暗能量?他们之间有什么联系和区别?
早在1922年,天文学家卡普泰恩的书《恒星系统的排列和运动理论的第一次尝试》提出了透镜状的岛屿宇宙概念,描述了他认为是银河系的东西在这本书里,他首先提出了一个关于暗物质的猜想
然而,尽管后来的科学家们尝试了,他们没有得到令人满意的结果。暗物质的概念曾一度陷入困境,让人们觉得这只是卡皮特因哗众取宠而提出的一个概念。
直到1970年,天文学家鲁宾和福特才在测量仙女座星系的旋转方面取得了新的突破。计算、观察和理论太复杂了。让我们简化它们:对天文学略知一二的朋友都知道,在天体系统中,天体离质心越近,它的旋转速度越快,反之亦然。在太阳系中,这是开普勒行星定律。如上图所示,离太阳最近的水星最快,海王星最慢。
,然而,当他们观察仙女座星系的天体时,他们并没有发现外层恒星比内层“同胞”慢得多,而是在很大的范围内保持了高度近似的速度。如下图所示,白线是实际测量数据。距离中心50,000光年和100,000光年的恒星几乎有相同的旋转速度(注意这里提到的线速度)包括天文学家随后对星系周围气体速度分布的观察,都是类似的结果。
看起来像是有什么东西把内外所有的星星都绑在一起,以达到这个效果。然而,很有可能束缚许多天体的暗物质就是卡皮特恩在开始时所说的。
当然,这种说法看起来有点像科学家懒得分析和编造概念来应付工作。但事实上,不止一个观察点指向暗物质。
爱因斯坦的相对论告诉我们,光在强大的引力下会扭曲。这样,如果我们在某个方向上有两个天体,那么另一个天体发出的光可能会被更近的天体的引力扭曲,并撞击地球,使我们能够绕过这个“屏障”,观察到后面的天体。这被称为引力透镜效应,光的扭曲程度与障碍物的引力,即质量成正比。
通过这个特征,我们不仅可以看到下面的天体,还可以通过光线的扭曲程度来分析障碍物的质量。结果表明,计算质量优于其他方法。
,当然,这种现象的可能性不止一种。然而,对这些可能性的分析以及使星系和天体的轨道一致的可能性表明,交点非常小,包括暗物质。
科学家根据运动速度将暗物质分为热暗物质、暖暗物质和冷暗物质当然,没有人知道这三种暗物质是什么。
,然而,科学家仍然有一些候选人
目前,热暗物质的最佳候选者是中微子中微子是一种质量非常轻的非常特殊的轻子。因此,当它“飞”的时候,它几乎可以达到光速。此外,中微子和其他物质之间的反应也极其微弱,自称是宇宙中的“隐形人”。此外,宇宙中含有大量的中微子,科学家估计每立方米空间中有数百亿个中微子。因此,尽管中微子非常轻,但总质量可能已经与整个宇宙中的可见物质竞争,甚至更多。甚至可以说每秒钟有无数的中微子“穿透”你的身体,但幸运的是它是如此之小,以至于你仍然毫发无损。
暖暗物质是三种暗物质中最“意想不到”的一种,而且相对来说研究还很少。目前,温暖暗物质的可能候选者是惰性中微子然而,即使是所谓的惰性中微子也一直“在她的吉他后面对我们隐藏了半张脸”,甚至一些科学家认为它根本不存在。与前两种物质相比,
是最重要的暗物质。目前,科学家认为宇宙中大多数暗物质都是冷暗物质。然而,冷暗物质的存在也受到质疑。没有人能完全推翻它,也没有人能完全证实它的存在。
暗物质如此神秘,以至于宇宙中还有比它更神秘的东西,那就是暗能量那么,什么是暗能量?它与暗物质有什么关系?我们将在下一期中介绍它。