暗物质有哪些分类?

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  • 著名美籍华人科学家李政道博士在访问上海交大时指出,在世纪之交时,物理学的4个前沿领域分别是:暗物质研究、类星体和活动星系核研究、自由夸克寻找,引力与超对称、本文仅就有关暗物质研究内容和取得的成果作一简略介绍.
    暗物质的提出.1929年埃德温.哈勃的宇宙膨胀的发现表明,如果你把星系现在的运动往时间的过去方向倒溯,它们在一百五十亿到二百亿年前的某一时刻就似乎它们应该重合在一起,在这个称为大爆炸奇点的时刻,宇宙的密度和时空的曲率为无穷大.宇宙从非常小的尺度开始膨胀,最初的膨胀称为暴涨,也就是说宇宙的尺度在比一秒还要短的时间内至少增加一百万亿亿亿倍.按照量子力学的不确定性原理,早期的宇宙不能是完全均匀一致的.其结果是在暴涨时期结束之后.留下的—些宇宙使一些地方比另一些地方膨胀的稍慢一些.在膨胀稍慢的区域,物质的引力吸引使膨胀进一步减慢.该区域最终会停止膨胀,并且收缩形成星系和恒星.这就是关于我们宇宙的起始学说.
    宇宙的未来又将是怎样的呢?物理学家在预言宇宙遥远未来时指出:宇宙的平均密度是一个关键的值,宇宙的平均速度大于某个临界值,引力吸引将使正在膨胀中的宇宙最终停止膨胀而开始新的收缩,宇宙就会塌缩到一个大挤压,这和启始宇宙的大爆炸相当类似.大挤压是被称作奇性的一个东西,是具有无限密度的状态.反之,如果宇宙的密度小于该临界值,宇宙将不会塌缩,而会永远膨胀下去.其密度在一段时间之后会变得如此之低,引力吸引对于减缓膨胀没有任何显著的效应.星系间会继续以恒常速度相互离开.
    我们知道,宇宙的临界密度为10-30g/cm3~10-28g/cm3之间的某个值,宇宙的平均密度到底是多少?我们可以通过观测来估计宇宙的平均密度.我们把看得见的恒星质量和气体云的质量相加,它们的总数仅为临界值的百万分之一左右.难道宇宙就永远膨胀下去了吗?不一定,物理学家指出,宇宙中还存在我们不能直接观测到的物质,那就是所谓的“暗物质”.
    暗物质存在的证据.暗物质存在的第一个证据来自于螺旋星系.螺旋星系是存在恒星和气体的巨大的饼状聚合体.由观测知道它们围绕着自己的中心旋转.但是如果它们只包含我们观测到的恒星和气体,则旋转速率就高到足以把它们甩开.事实上它们没有被甩开,而继续围绕其中心在高速旋转.因此,在螺旋星系中必然存在某种看不见的物质形式,其吸引力足以把旋转的星系牢牢抓住,而不被甩开.
    暗物质存在的另一个证据来自于星系团.我们观测到的星系在整个空间中分布得不均匀,它们成团地集中在一起,其范围从几个星系直到几百个星系.通过观测发现这些星系团中的个别星系的运动速度是如此之高,要不是引力吸引把星系抓到一起,这些星系团就会飞散开去.估算表明,能够把它们吸引成团所需要的质量比所有星系的总质量都要大很多,因此,在星系团中除我们观测到的星系以外必然存在另外的物质,即所谓暗物质.人们可以对具有确定证据的那些星系和星系团中的暗物质的质量作一个相当可靠的估算.但是这个估算值仍然只达到要使宇宙重新塌缩的临界质量的百分之十左右.为此,相信宇宙不会永远膨胀下去而最终会塌缩的物理学家预言还可能存在其它种类的暗物质,这些暗物质必须存在于星系和星系团之外,否则的话,我们应能觉察到它对星系旋转或星系团中星系运动的效应.
    相信宇宙中还存在其它种类的暗物质的物理学家指出.如果宇宙只具有十分之一的临界密度,现已存在的宇宙就无法理解.因为如果宇宙只具有十分之一的临界密度,需要极其仔细地选取初始的密度和膨胀率.如果大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万亿分之一,宇宙就会在十年后塌缩,另一方面,如果那时宇宙的密度小了同一个量,宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物.所以要理解现在存在的宇宙,宇宙的平均密度必须非常接近临界密度.
    物质存在的形式.如果暴涨理论是正确的,必须存在的暗物质会是什么呢?它似乎和构成恒星和行星的正常物质不同.它们可能是宇宙极早阶段的残余.基本离子是一种可能性,最有希望的是中微子.它被认为自身没有质量,但是最近,一些观测暗示,中微子可能有小质量,如果这一点得到证实并发现具有恰好的数值,中微子就能提供足够的质量,使宇宙密度达到临界值.
    黑洞是暗物质存在的一种形式.在宇宙的早期可能经历过所谓的相变.在相变过程中,形成的黑洞,如果质量较小,它们由于量子力学的不确定性原理的效应,迄今已被蒸发殆尽.但是,如果它们超过几十亿吨(一座山的质量)则现在仍然存在,并且很难被探测到.黑洞存在的证据已见报导.由美日天文学家组成的一个研究小组宣称,他们在距地球2100万光年处的一个星系内发现了存在庞大“黑洞”的证据,这一黑洞是太阳质量的4000万倍.在此之前,美国航空航天局于1994年5月底宣布,“哈勃”太空望远镜上携带的广视野星际照相机摄取了距离地球 5000万光年的 M87星系中的旋涡状气体云盘中,也存在“黑洞”的结论性证据.
    对于在宇宙中均匀分布的暗物质,它对宇宙膨胀的效应是唯一探测其存在的方法.由测量遥远星系离开我们而去的速度便可确定膨胀的减慢程度.但是目前遇到的麻烦是星系的表观亮度不能很好地标度星系离开我们的距离.这必须等到我们发展出更好的测量星系距离的手段后才行.
  • 这么说下,楼主随便看看.
    太阳系八大行星绕太阳旋转的速度是从内至外递减的,也就是水星绕太阳一圈时间最短,海王星最长.这样这个系统才稳定,如果海王星和水星速度一样的话,就会被“甩”出去.
    因此,推而广之,星系也应该这样,靠近星系中心部分星体绕星系中心旋转速度一定大于外层星体.
    但是,问题就这样来了,人们观测到有些星系内层外层星体以一致的速度绕中心旋转.这样就如一楼dsxkey所说的,观测值与理论值不合了.于是人们就引入了暗物质这个概念,假设在星系外部还包围着一圈大质量的暗物质,只有这样才能保证星系的稳定.
    此外,又观测到星系群的运动,数据也证明应该有这么一种暗物质,来稳定星系群.
    暗物质质量大,比宇宙可见物质还要多,现在人们在找暗物质,好像还没有证据表明找到.
    讲到暗物质,就会又联系到暗能量这个概念.我看过片子,名字叫:The Universe:dark matter 楼主感兴趣可以下载看下,不错的,很详细的介绍.
    一种观点认为暗物质在宇宙中无处不在,甚至每时每刻都在穿越我们的地球,但这只是假设,因为还没有在地球上真正找到这种暗物质粒子.
  • 暗物质不是反物质!
    暗物质指宇宙空间的物质,是人类用肉眼无法观察的物质,如不发光(同时也不反射光)的星体、中微子、黑洞等
  • 什么是暗物质?暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5%左右).57年偌贝尔奖的获得者李政道更是认为其占了宇宙质量的99%.暗物质无法直接观测得到,但它却能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到.科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设,但直到目前还没有得到充分的证明.
    几十年前,暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分.暗物质的总质量是普通物质的6.3倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成.暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致.不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假设和观测结果之间存在着差异,这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地.通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型,为暗物质本性的研究带来新的曙光.
    大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据.当时,弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系.之后几十年的观测分析证实了这一点.尽管对暗物质的性质仍然一无所知,但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了.
    在引入宇宙膨胀理论之后,许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的,而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的).与此同时,宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙,其中能量密度都以物质的形式出现,包括4%的普通物质和96%的暗物质.但事实上,观测从来就没有与此相符合过.虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差,但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值,而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐.
    当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时,暗能量出现了.暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光.从微观上讲,它们的组成是完全不同的.更重要的是,像普通的物质一样,暗物质是引力自吸引的,而且与普通物质成团并形成星系.而暗能量是引力自相斥的,并且在宇宙中几乎均匀的分布.所以,在统计星系的能量时会遗漏暗能量.因此,暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异.之后,两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现,宇宙正在加速膨胀.由此,暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型.最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotrope Probe,WMAP)的观测也独立的证实了暗能量的存在,并且使它成为了标准模型的一部分.
    暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识.按照爱因斯坦的广义相对论,在一个仅含有物质的宇宙中,物质密度决定了宇宙的几何,以及宇宙的过去和未来.加上暗能量的话,情况就完全不同了.首先,总能量密度(物质能量密度与暗能量密度之和)决定着宇宙的几何特性.其次,宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期.大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位,但是这已成为了过去.现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定,它目前正时宇宙加速膨胀,而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态,否则这种加速膨胀态势将持续下去.
    不过,我们忽略了极为重要的一点,那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了.宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城.而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了.但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹.然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来.
    另一方面,不与辐射耦合的暗物质,其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍.在普通物质脱耦之后,已经成团的暗物质就开始吸引普通物质,进而形成了我们现在观测到的结构.因此这需要一个初始的涨落,但是它的振幅非常非常的小.这里需要的物质就是冷暗物质,由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名.
    在开始阐述这一模型的有效性之前,必须先交待一下其中最后一件重要的事情.对于先前提到的小扰动(涨落),为了预言其在不同波长上的引力效应,小扰动谱必须具有特殊的形态.为此,最初的密度涨落应该是标度无关的.也就是说,如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和,那么所有正弦波的振幅都应该是相同的.暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱(其谱指数n=1).WMAP的观测结果证实了这一预言,其观测到的结果为n=0.99±0.04.
    但是如果我们不了解暗物质的性质,就不能说我们已经了解了宇宙.现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞.但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的,暗物质中的绝大部分现在还不清楚.这里我们将讨论暗物质可能的候选者,由其导致的结构形成,以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质.
    [编辑本段]暗物质存在的证据
    最早提出证据并推断暗物质存在的科学家是美国加州工学院的瑞士天文学家弗里茨·兹威基.
    2006年,美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-56进行观测,无意间观测到星系碰撞的过程,星系团碰撞威力之猛,使得黑暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据.
  • 暗物质 Dark Matter 什么是暗物质?暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5%左右).暗物质无法直接观测得到,但...
  • 在观测星系的运动过程中,天文学家发现星系的转动速度和星系可观测质量之间相差很大,所以推测星系中有看不见的物质增加了整个星系的质量.通过大量观测得知,这种看不见的物质-即暗物质质量占宇宙总质量约23%
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