我們尋尋覓覓，它卻不見蹤跡…..

在太空中，大部分物質(zhì)是肉眼不可見的，但可探測出它們對大型天體結(jié)構(gòu)的影響。

該合成圖中顯示了暗物質(zhì)、星系以及熱氣體在合并星系團艾貝爾520中心區(qū)域的分布狀況，此星系團產(chǎn)生于一場大質(zhì)量星系團間的猛烈碰撞。圖像中間，藍、綠光芒混合之處可見大部分熱氣體周圍存在暗物團塊，而此處星系寥寥無幾。[1-2]

暗物質(zhì)為何方神圣？

天文學家估計，宇宙中大約85%的物質(zhì)屬于暗物質(zhì)，剩下的15%為普通物質(zhì)。若把加速宇宙膨脹的暗能量計算在內(nèi)，經(jīng)核子研究組織預估，暗物質(zhì)則占據(jù)宇宙總質(zhì)能的27%左右。

（據(jù)多次科研探究，目前普遍認為宇宙由物質(zhì)和能量構(gòu)成，宇宙構(gòu)成中大約70%是暗能量，其余為普通物質(zhì)和暗物質(zhì)。）

對于宇宙總物質(zhì)質(zhì)量多少、宇宙總物質(zhì)質(zhì)量與普通物質(zhì)（又稱重子物質(zhì)）質(zhì)量間的比值關系，天文學家有不同的測量方法。最簡單的是對比兩種不同的測量結(jié)果。

第一種是測量大型天體結(jié)構(gòu)所釋放光的總量，比如星系，以此可推斷該天體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

第二種則是根據(jù)維持大型天體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定所需的引力來推斷其質(zhì)量。天文學家將它們運用于整個宇宙中星系或星系團質(zhì)量測量，綜合多次測量對比，均發(fā)現(xiàn)，普通發(fā)光物質(zhì)的質(zhì)量產(chǎn)生的引力不足以束縛這些發(fā)光物質(zhì)。這無疑表明，當中存在不發(fā)光的物質(zhì)，我們稱之為暗物質(zhì)。

（根據(jù)引力特性，簡單來說物體間都有相互吸引力，引力的大小與物體質(zhì)量成正比，即質(zhì)量越大引力越大；天體運行的速度與軌道半徑的平方根成反比，即半徑越大速度越小。然而實際的觀測對比結(jié)果顯示，外圍天體的運行速度未減小反倒比預期的大，而所在星系的質(zhì)量產(chǎn)生的引力又不足以束縛它們，理論上也就意味著仍有其他看不見的物質(zhì)在施加引力。）

而對于不同的星系，暗物質(zhì)與普通物質(zhì)的比例也不盡相同。有的星系幾乎不含暗物質(zhì)，而有些幾乎沒有普通物質(zhì)。但多次平均測量結(jié)果顯示，宇宙中大約85%的物質(zhì)既不發(fā)光，也不與光相互作用。

眾里尋它千百度，踏破鐵鞋無覓處？

盡管如此，天文學家仍有很多辦法證實暗物質(zhì)的存在。舉個例子，大質(zhì)量的天體結(jié)構(gòu)能扭曲周圍的時空，譬如星系團，當光行經(jīng)此處時會受其影響發(fā)生偏折，在另一端聚焦成像，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應。通過該效應推測到的天體質(zhì)量與我們直接看到發(fā)光天體的質(zhì)量進行比較，發(fā)現(xiàn)實際產(chǎn)生引力的總物質(zhì)質(zhì)量遠遠多于會發(fā)光物質(zhì)的量，結(jié)果再次表明，“遺失”的質(zhì)量定潛伏在某處。

宇宙學家喬爾· 普里馬克（Joel Primack） 曾在一次演講中提到，暗物質(zhì)能匯聚普通物質(zhì)以使星系不斷增長。在計算機模擬技術(shù)協(xié)助下，可以模擬觀測大型天體結(jié)構(gòu)的演變。數(shù)十億年前，我們的宇宙比如今要小得多，在此期間恒星和星系不斷演化，倘若僅僅依靠普通可見物質(zhì)的作用，不足以形成如今我們所看到的星系。

宇宙學家還嘗試從宇宙誕生初期進行計算，最初的十幾分鐘里，宇宙產(chǎn)生第一批質(zhì)子和中子，根據(jù)核物理知識可以估算那個時期氫和氦的產(chǎn)量。這些計算結(jié)果能精確預估目前宇宙中氫和氦的比例。天體物理學家內(nèi)德·賴特（Ned Wright）表示，他們還能預測宇宙中重子物質(zhì)的數(shù)量上限，據(jù)此所推測的數(shù)據(jù)與現(xiàn)今星系和星系團的實際觀測結(jié)果相符。

慕然回首，心心念念的暗物質(zhì)真的存在嘛？

抑或是，在牛頓定律與愛因斯坦廣義相對論下，對暗物質(zhì)存在的猜想可能有誤咧。或許引力理論仍不夠完善，天文學家嘗試不引入暗物質(zhì)概念，僅對引力理論進行微調(diào)修正，調(diào)整后的引力理論雖然在個別情況中可以解釋此前基于暗物質(zhì)存在猜想下的觀測結(jié)果，比如星系中恒星的運動，但調(diào)整后的引力理論仍無法很好地解釋宇宙中所有觀測現(xiàn)象。[3]

所有觀測數(shù)據(jù)傾向于暗物質(zhì)是某種未知的粒子，它既不與光也不與普通物質(zhì)相互作用，僅能間接地靠引力來推測其存在。天文學家認為，數(shù)萬億顆暗物質(zhì)粒子正時刻穿透著我們，只是我們感知不到罷了。

探索的旅途是充滿未知的，期待科學家們有朝一日能掀開宇宙構(gòu)成的神秘面紗。

相關知識

宇宙是由時間、空間、能量和物質(zhì)（包括行星、恒星以及其他物質(zhì)形式）組成的統(tǒng)一體。而宇宙是如何誕生發(fā)展的，目前普遍為人接受的觀點是大爆炸理論。根據(jù)該理論，時空始于大約138億年前的大爆炸，此后宇宙不斷膨脹。因此，整個宇宙的邊界是未知的，但能探測出可觀測宇宙的直徑，幾乎長達930億光年。

星系（galaxy）是由恒星、恒星殘骸、星際氣體、塵埃及暗物質(zhì)在引力作用下匯聚而成的天體系統(tǒng)。Galaxy源于希臘文“galaxias (γαλαξ?α?)”，“牛奶”之意，包含太陽系在內(nèi)的銀河系（the Milky Way galaxy ）也得名于此。

古希臘人仰望夜空中銀光閃閃的長河時，想象著定是有位天神把牛奶往某個方向潑灑，沾在天邊的牛奶便成了銀河。改編自《宇宙簡史（圖解版）》

星系規(guī)模大小不一，從數(shù)千萬顆恒星的矮星系，乃至規(guī)模大到上百萬億顆恒星的超巨型星系都有，平均每個星系大約存在1億多顆恒星，各自均環(huán)繞著其星系質(zhì)量中心運行。在典型的星系中，暗物質(zhì)占據(jù)其絕大部分物質(zhì)質(zhì)量，而恒星與星云這些肉眼可見的天體質(zhì)量占比極小。此外，絕大多數(shù)星系核心處也許存在著超大質(zhì)量黑洞。

BY: Paul Sutter

FY: YMD裔凡

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來源: 天文在線