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当暗物质第一次被认为是宇宙中可能存在的一部分时，他的提出被认为是一件非常奇怪的事情。它影响了星系的运动，但却无法被探测到？这是怎么一回事呢？ 寻找暗物质的证据 在20世纪早期，物理学家们很难解释其他星系的自转曲线。旋转曲线基本上是一个星系中可见恒星和气体的轨道速度，以及它们与星系核心的距离。 这些曲线是由观测数据组成的，当天文学家测量恒星和气体云和圆形轨道上环绕星系中心运动时的速度时，并测量恒星围绕星系核心移动的速度。发现越靠近银河的中心，它移动的越快；距离越远，移动的越慢。 天文学家还注意到，在他们观测的星系中，一些星系的暗物质与他们实际看到的恒星和气体云的质量并不匹配。换句话说，星系中的“暗物质”比观测到的要多。另一种思考问题的方式是，星系没有足够的暗质量来解释它的自转速率。 寻找暗物质？ 1933年，物理学家弗里茨兹威基提出，恒星暗物质存在，但没有发出任何辐射，是肉眼看不到的。因此，天文学家们，在接下来的几十年里进行了从星系自转速率到引力透镜、星团运动和宇宙微波背景测量的各种研究。他们发现了一些还无法进行解释的暗物质。 一些巨大的东西影响了星系的运动。 起初，一些发现在天文学界受到了大量的质疑。天文学家继续观察，观测到了的暗物质和星系运动之间的“脱节”。这些额外的观测证实了星系运动的差异，并证明了存在着某些东西。只是看不见而已。 所谓的银河自转问题最终被称为“暗物质”的东西“解决”了。天文学家在观察和确认暗物质方面的工作被认为是开创性的科学。然而，一个挑战依然存在，如何确定暗物质的实际构成及其在宇宙中的分布范围。 黑色'正常'物质 普通的发光暗物质是由重子组成的质子和中子等粒子，它们组成恒星、行星和生命。起初，人们认为暗物质也是由这些物质组成的，但只是简单的发射没有电磁辐射。有些暗物质可能是由重子暗物质组成的，也可能只是所有暗物质中的一小部分。对宇宙微波背景的观测，再加上我们对大爆炸理论的理解，导致物理学家相信，只有少量重子物质能够在今天继续存活，而这些物质并没有被纳入太阳系或恒星残骸中。 非重子暗物质 宇宙中缺失的暗物质不太可能以正常的重子物质形式出现。因此，研究人员认为，一个更奇异的粒子提供缺失的暗物质。这件事究竟是什么，它是如何发生的，至今仍然是一个谜。然而，物理学家已经确定了三种最可能的暗物质类型和每种类型的候选粒子。 冷暗物质：暗物质最有可能的候选物质是冷暗物质。然而，没有一个强大的粒子已知存在，主要是一种相互作用的大质量粒子。这种粒子的存在普遍缺乏正当性，也就是说，我们不能确定它们在自然条件下是如何产生的。为了进行研究，研究人员正在进行粒子物理学实验，试验表明碰撞会产生一个新粒子。其他可能性也包括轴离子，解释量子色动力学中某些现象所需的理论粒子。尽管这些粒子也从未被探测到。最后（大体积的紧致晕天体）可以解释暗物质 ，具体的动力学仍然是可以达到的。这些天体将包括黑洞、古代中子星和行星天体，它们都是非发光的（或接近发光的），并且含有大量的暗物质。遇到的的问题是，它们的数量多（比某些星系的年龄预期的要多），而且它们的分布是惊人的。 温暖的暗物质：这种暗暗物质被认为是由无菌的中微子组成。这些粒子与普通的中微子相似，因为它们的暗物质要大得多，而且不与弱力相互作用。被发现的另一给暗物质是格雷西诺。这是一个理论粒子，超重力和超对称物质的到混合得到牵引，这个粒子就会存在。对于物理学的两个领域来说，存在引力场的证据是很重要的。 热暗物质：被认为是热暗物质的粒子的子集，是唯一真正已知存在的：中微子。需要解释的问题是，中微子以接近光速的速度运动，因此不会以投射暗物质的方式“聚集”在一起。此外，考虑到中微子几乎没有重量，它们的数量将会满足需要的赤字。另一种解释是，存在一种尚未探测到的中微子类型，这种类型已知存在的中微子相似，但质量要大得多（因此速度可能较慢）。总之，暗物质的最佳候选物质是冷暗物质，特别是弱暗物质。这种粒子却没有什么理由和证据（除了我们可以推断某种暗物质的存在这一事实）。因此，我们距离在这方面得到答案还有很长的路要走。 暗物质的替代理论 有些人提出，暗物质实际上只是普通物质，存在于超大质量黑洞中，其质量比活跃星系的中心要大几个数量级。尽管有些人也认为这些物体是冷暗物质，虽然这将有助于解释在星系和星系团中观测到的一些引力摄动，但它们并不能解决大部分的星系自转曲线。 另一个很难被接受的理论是，也许我们对引力相互作用的理解是错误的。我们把我们的推论建立在广义相对论的基础上，但这个方法时一个根本缺陷，也许时另一个不同的基本理论描述了大规模的银河系自转。这似乎不太可能，因为广义相对论的测试与预测值一致。不管暗物质是什么，弄清楚它的性质将是天文学的主要成就之一。 |
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