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天文学家是如何发现暗物质

2020-07-17 09:07 主页 来源:未知
天文学家是如何发现暗物质


暗物质、暗能量是当前天文学研究中的难题,难就难在虽然科学家隐约的知道它们的存在,但是到现在为止还没有探测到它,所以还无法真正的研究它们,只能是根据观测结果间接地研究它们,猜测组成它们的粒子究竟是什么?
 
发现暗物质之旅
 
既然称它是暗物质,这说明它应该是物质,既然是物质,必然产生引力,既然是物质,那就应该有组成粒子吧,既然是有组成粒子的,那么按照物理学研究的过程来看,就得需要知道粒子的产生与衰变的方式,也就是说要知道粒子的特征吧,如果连这些都不知道,那就还只是猜测而已,对于暗物质其实就是这么回事,还是猜测,不过是一种很肯定的猜测。
 
 
 
 
1884年,威廉汤姆森估算出银河系的质量,但是结果出乎他的意料,因为质量出奇的大,在那时天文学家认为一个星系的质量无非主要是由可见的恒星提供,但是现在估算的银河系质量远比可见的要大,这引起了他们的注意,他们认为肯定还存在一些“暗星体”未被观测到,不过那时的暗星体表示的是这个意思:暗淡的星体,那时候观测技术有限,暗淡的星星就观测不到了。虽然意思不一样,但是也算是发现之旅的先驱了。
 
 
 
 
1933年,天文学家弗雷德·茨威基有了重要的发现,他在研究后发座星系团成员星系的运动速度时,发现成员星系围绕后发座星系团核心区域的运动速度实在是太快了,照这样的速度来看,后发座星系团根本无法通过可见的物质产生的引力来维持完整,肯定还有看不到的物质在发挥着作用。1936年,天文学家辛克莱尔·史密斯在研究室女星系团时得到的现象也与茨威基发现的情况相似,经过这两次发现之后,科学家越发觉得肯定还有什么奇妙的东西没有被发现,这个奇妙的东西正是“暗物质”。
 
 
 
 
真正让暗物质研究成为主流学术研究是在1970年,两位天体物理学家在研究仙女星系的旋转速度曲线时确定暗物质的确在宇宙中大量存在。
 
暗物质的作用
 
暗物质作为宇宙的重要组成部分,科学家推测在宇宙中可见物质仅占4.9%,暗物质占26.8%,暗能量占68.3%,所以暗物质必然发挥着重要的作用,如上文科学家发现的那样,暗物质在稳定着星系、星系团的结构,不至于它们在如此高的旋转速度下分崩离析,暗物质所产生的引力作用正抵御着宇宙的快速膨胀,而宇宙膨胀的幕后黑手正是暗能量。
 
 
 
 
寻找暗物质粒子
 
寻找暗物质粒子如同蒙上眼睛在一间黑屋里找东西,现在已经知道暗物质粒子不参与电磁相互作用、强相互作用,参与引力相互作用,对于弱相互作用参不参与,还不清楚,假设参与弱相互作用了,那么暗物质粒子就可能是一种弱相互作用有质量粒子(WIMP粒子),如此一来就可以通过三种办法来寻找它。
 
三种办法:
 
1.直接探测,直接探测的探测器被放置在地表以下以排除宇宙线干扰。如果有幸捕捉到暗物质粒子的话,暗物质粒子会与探测器中的原子核发生碰撞,这种碰撞产生的信号会被监测到。
 
 
 
 
2.对撞机探测,大型粒子对撞机可能会碰撞出粒子标准模型以外的新粒子。
 
3.间接探测,发射卫星到太空中去,监测暗物质粒子衰变或湮灭时产生的信号,我国的“悟空”号卫星正是在做着这件事情。
 
 
 
 
但是这三种方法是在假设暗物质粒子是WIMP粒子的前提下,如果不是呢?所以说对于暗物质粒子的探测还不只是这几种方法。
 
目前我国有四川锦屏地下实验室与“悟空”号卫星在寻找着暗物质粒子,期待暗物质粒子的发现,如果发现,这绝对是近几十年来最重磅的天文学成果。