暗物质不能被任何仪器看到或检测到,那么我们怎么知道它确实存在呢?
想象一下宇宙是一个馅饼,你要根据对应的比例是什么,然后把它切成美味的部分。这个馅饼的最大部分,也就是68%将成为暗能量,这种神秘的力量加速了宇宙的膨胀。27%将成为暗物质,这是围绕星系的神秘物质,只通过重力相互作用。这个馅饼中只有5%将成为普通物质,这些物质是由恒星、行星、气体、尘埃和人类组成的。
图解:从引力透镜产生的效应,星系团CL+17内部被发现存在有一个暗物质圈,在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显示出来。
暗物质之所以被命名为这个名字,是因为它似乎与普通物质没有任何交互作用。它不会与它们碰撞,也不会从中吸收能量。我们用任何仪器都看不到或检测不到它。我们只知道它在那里,因为我们可以看到它的重力效应。
图解:被暗物质包围绕着的地球想像图
现在,你可能会说,如果我们不知道这是什么,也无法察觉到它。我们怎么知道它真的在那里?它可能不在那里,像龙一样吗?我们不知道暗物质究竟是什么,怎么知道它实际上存在?
图解:一般星系的自转曲线:预测值(A)和观测值(B)。暗物质的存在可以解释为何在半径较大时速度几乎不变。
哦,它在那儿。事实上,我们所知道的是它确实存在。暗物质最初是在20世纪30年代由弗里兹·扎维奇提出的,用来解释星系团的运动,但是现代计算是由薇拉·鲁宾在20世纪60年代和70年代做出的。她计算出星系比它们能够达到的速度更快地旋转,他们会迅速把自己撕成碎片,像走马灯似的追逐的孩子们一样。
图解:今期与早期的宇宙质能分布饼图
鲁宾想象每个星系都被困在一个巨大的暗物质光环中,这个光环提供了引力来维系星系。但是没有办法可以真正探测到这种物质,所以天文学家提出了其他的模型。也许引力并不像我们想象的那样在很远的地方起作用。
图解:宇宙成分的推估中,有证据显示一种暗物质占极大部分,但是至今依然是理论和谜团。
但是在过去的几年里,天文学家们已经越来越擅长探测暗物质,单纯地通过它的引力对光穿过宇宙的路径所造成的影响。当光通过暗物质的一个区域时,它的路径会被重力扭曲。不同于光先前的直线路径,光会根据通过的暗物质数量来回弯曲。
这是令人惊奇的部分。因此,天文学家可以通过观察光线的扭曲来绘制出天空中暗物质的区域,然后再反向计算出需要多少暗物质的介入才能产生光的扭曲。
图解:大型强子对撞机。
这些技术已经变得非常复杂,天文学家们发现了星系和它们的暗物质相互剥离的不寻常的情况。或者暗物质星系没有足够的气体形成恒星。它们只是暗物质的巨大斑点。天文学家甚至使用暗物质作为引力透镜来研究更遥远的物体。他们不知道暗物质是什么,但他们仍然可以把它当作望远镜。
他们从未捕获过暗物质粒子,也没有在实验室对其进行过研究。大型强子对撞机的下一个任务之一将是尝试生成与我们所理解的暗物质特性相匹配的粒子。即使大型强子对撞机并没有真正制造出暗物质,它也将有助于缩小目前的理论范围,很大程度上能帮助物理学家