什么是暗物质？

暗物质是什么？~

暗物质(DarkMatter)是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小，但是数量庞大，因此它的总质量很大，它们代表了宇宙中26%的物质含量，其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。暗物质无法直接观测得到，但它能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量，4.9%的重子物质，26.8%暗物质组成。2017年11月30日，在《自然》杂志在线发表。“悟空”卫星在轨运行的前530天共采集了约28亿颗高能宇宙射线，其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线。

在宇宙学中，暗物质是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
整个宇宙的构成中，常规物质（即重子物质）占4.9%，而暗物质则占26.8%，还有68.3%是暗能量（质能等价）。暗物质很有可能是一种（或几种）粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。

暗物质基本属性
1、暗物质参与引力相互作用，因此是有质量的，但单个暗物质粒子的质量尚不能确定。
2、暗物质是高度稳定的，由于在宇宙结构形成不同阶段都存在暗物质的证据，因此暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的。
3、暗物质基本不参与电磁作用，与光子相互作用非常弱，基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用。
4、计算机模拟结果显示，暗物质的运动速度远低于光速，即“冷暗物质”。

暗物质（Darkmatter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。
现代天文学通过天体的运动、牛顿万有引力的现象、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。
结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%、占宇宙总质能的26.8%。被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”（weaklyinteractingmassiveparticle,WIMP）。
最早提出“暗物质”可能存在的是天文学家卡普坦（JacobusKapteyn），他于1922年提出可以通过星体系统的运动间接推断出星体周围可能存在的不可见物质。1932年，天文学家奥尔特（JanOort）对太阳系附近星体运动进行了暗物质研究。然而未能得出暗物质存在的确凿结论。1933年，天体物理学家兹威基（FritzZwicky）利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度。

在无月的黑夜，天空繁星闪烁，我们很难想象在遥远的太空里隐藏着大量的被称作“暗物质”的东西，而且它们竟然占宇宙总质量的绝大部分，但又不属于构成我们可见天体的任何一种目前已知的物质。

暗物质看不见摸不着，却有引力和质量。迄今为止，物理学家仍无法直接证明暗物质的存在，而在宇宙的大尺度结构中到处都有暗物质存在的迹象，并保持着星系运行的稳定免于分崩离析。

那么，暗物质的假设是怎样提出来的？

瑞士物理学家茨维基(Fritz Zwicky)在1933年用多普勒效应测定某个漩涡星系中各处的旋转速度时，发现自中央向外围的天体绕中心的旋转，其轨道速度并不减少。根据引力定律推算，在这个星系中看不见的物质要比看得见的恒星、气体云等多几十倍。我们的太阳系可不是这样的，太阳系99%的质量集中在太阳上，不发光的行星、彗星总共不足1%；离太阳近的行星绕太阳转得快，如水星的轨道速度约48公里/秒，远处的矮行星冥王星转得慢，仅有4.7公里/秒。

到了’1970年代，美国的鲁宾(Vera Rubin)测量了60多个与银河系类似的星系旋转速度，得出与茨维基相同的结论。后来大批新的观测数据也表明，星系团中应该存在大量暗物质。从此，暗物质这一假设被学界广泛认可。

暗物质究竟是什么？

科学家研究认为，如果暗物质与已知的普通物质一样由原子组成，那么银河系中就该有100亿个黑洞；要不就是每个恒星有大量行星，例如太阳系应该有1万个木星，但这么多行星只要有几个质量再大一些，就会发生核聚变而发光，也就不是暗物质了。

目前物理学家广泛认为，暗物质不是原子，甚至不是质子、中子组成，而是“弱相互作用有质粒子”（WIMPs）。此外，也有假说认为暗物质的主要成分由其他类型粒子组成，如轴子(axion),惰性中微子(sterile neutrino)等。

现代天文学通过天体运动、引力透镜效应、微波背景辐射等观测结果，表明暗物质可能大量存在于星系及宇宙之中，其质量远大于全部可见物质的总量。宇宙中约26.8%为暗物质，4.9%为天体和星际气体等普通物质，其余68.3%是推动宇宙加速膨胀的暗能量。

怎样探测到暗物质的存在？

目前，探测暗物质主要是通过间接证据得出。前面已经提到，根据对漩涡星系天体运动的引力理论计算，星系旋转曲线的实测表明，惟一的解释是星系中必定存在暗物质。还可以观测星系团产生的x-射线，通过其温度推测星系中暗物质的质量分布。

引力透镜效应的应用是间接探测暗物质的较为便捷的方式。假如恒星的光线在传播途中经过一块块的暗物质，暗物质的引力会使得光线一次次地弯折，这样就有一些本来其传播方向不是朝地球的光线也到达了地球，使得恒星看起来亮得多了。

根据广义相对论，来自背景后面的光线在到达地球之前只要穿越了暗物质之中，那么引力透镜效应就能被确认，按背景光线的弯折程度，可推算出星系团中暗物质的分布，就等于获得了暗物质存在的证据。

今天，科学家更重视直接探测暗物质粒子的实验。比如利用“加速器”，探测粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子。希望不久的将来会揭开暗物质的谜底。

暗物质是天文学家卡普坦在1922年时提出的，宇宙中可能存在着一种看不见的物质。暗物质不和电磁波发生作用，也不反射光，所以不管用多厉害的望远镜通通观察不到。但是暗物质到底真的存在与否还有不少争议，需要我们继续去探索。

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