暗物質(zhì)

　　暗物質(zhì)是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質(zhì)，它可能是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，但又不屬于構(gòu)成可見天體的任何一種目前已知的物質(zhì)。

　　天體物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在浩瀚的宇宙空間里，我們能夠觀測(cè)到的發(fā)光星體（包括發(fā)射X射線、γ射線的星體）的質(zhì)量?jī)H僅只是宇宙空間里物質(zhì)總質(zhì)量的一小部分。還有很大一部分質(zhì)量則來(lái)自至今我們還沒有弄清楚的東西。這種視而不見又確實(shí)存在的東西，我們稱它為“暗物質(zhì)”。

　　暗物質(zhì)究竟是什么呢？對(duì)此，科學(xué)家有過許多猜想：有人說(shuō)暗物質(zhì)是彌散在宇宙空間里的氣體，也有人說(shuō)它是宇宙里的塵埃，還有人猜它是已經(jīng)變暗的“死星”，甚至可能是黑洞。這些猜想雖然都事出有因，但缺乏有力的證據(jù)，未能得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)同。

　　l星系旋轉(zhuǎn)曲線與彌散速度分布

　　星系旋轉(zhuǎn)曲線描述了漩渦星系中可見天體的環(huán)繞速度和其距離星系中心距離的關(guān)系。根據(jù)對(duì)漩渦星系中可見天體質(zhì)量分布的觀測(cè)以及萬(wàn)有引力定律的計(jì)算，靠外圍的天體繞星系中心旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)比靠中心的天體更慢。然而對(duì)大量漩渦星系旋轉(zhuǎn)曲線的測(cè)量表明，外圍天體的運(yùn)行速度與內(nèi)部天體近乎相同，遠(yuǎn)高于預(yù)期。這暗示著這些星系中存在著質(zhì)量巨大的不可見的物質(zhì)。結(jié)合位力定理，可以通過星系中可見天體的彌散速度分布計(jì)算出星系中的物質(zhì)分布。這種方法同樣適用于測(cè)量橢圓星系和球狀星團(tuán)的物質(zhì)分布。結(jié)果表明，除個(gè)別以外，大部分星系和星團(tuán)的物質(zhì)分布都與觀測(cè)到的可見物質(zhì)的分布不符，可見物質(zhì)的質(zhì)量?jī)H占星系和星團(tuán)總質(zhì)量的較小部分。

　　l星系團(tuán)觀測(cè)

　　星系團(tuán)的質(zhì)量分布主要可以通過三種不同的手段得出：1）觀測(cè)星系團(tuán)中的星系的運(yùn)動(dòng)，通過引力理論計(jì)算得到。2）觀測(cè)星系團(tuán)產(chǎn)生的X-射線。星系團(tuán)中普遍存在能發(fā)射出X-射線的熾熱氣體，當(dāng)氣體在星系團(tuán)引力場(chǎng)中達(dá)到流體力學(xué)平衡后，可通過其溫度推測(cè)出星系團(tuán)的質(zhì)量分布。3）引力透鏡效應(yīng)。根據(jù)廣義相對(duì)論，來(lái)自星系團(tuán)背后的光線經(jīng)過大質(zhì)量星系團(tuán)時(shí)會(huì)發(fā)生彎折，這與光學(xué)中的透鏡類似?？梢桓鶕?jù)背景光線的彎折程度，推算出星系團(tuán)中物質(zhì)的分布。這三種方法互不影響，相互佐證，使得星系團(tuán)觀測(cè)成為研究暗物質(zhì)的重要手段。目前這些觀測(cè)一致表明星系團(tuán)中物質(zhì)的總質(zhì)量遠(yuǎn)超出其中可見物質(zhì)的總質(zhì)量。

　　l宇宙微波背景輻射

　　在宇宙尺度上，通過對(duì)宇宙中微波背景輻射各向異性的精細(xì)觀測(cè)，可以確定出宇宙中暗物質(zhì)的總量。目前的觀測(cè)表明宇宙總能量的26.8% 由暗物質(zhì)貢獻(xiàn)，構(gòu)成天體和星際氣體的常規(guī)物質(zhì)只占4.9%，其余68.3%為推動(dòng)宇宙加速膨脹的暗能量。

　　l宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成

　　大型計(jì)算機(jī)對(duì)宇宙演化的N－體引力模擬顯示，無(wú)碰撞的低速暗物質(zhì)粒子在引力作用下逐步聚集成團(tuán)，這一過程能形成我們今天看到的大尺度結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的暗物質(zhì)分布具備普適的質(zhì)量分布。低速運(yùn)動(dòng)的暗物質(zhì)有利于大尺度結(jié)構(gòu)的形成。而高速運(yùn)動(dòng)的粒子趨向于抹平結(jié)構(gòu)。因此不支持中微子作為主要的暗物質(zhì)粒子候選者。