美女不戴胸章内视:科学难题—宇宙

借助哈勃望远镜和计算机模拟技术 美首次绘制出宇宙暗物质分布图

2005-12-12

记者陈勇借助“哈勃”太空望远镜和计算机模拟技术，美国一个研究小组首次绘制出了两个星系簇中宇宙暗物质的分布。研究人员9日说，他们的分布图支持了关于暗物质的理论假设。

暗物质（包括暗能量）被认为是宇宙研究中最具挑战性的谜题，它代表了宇宙中90％以上的物质含量，而我们可见的世界只占宇宙物质的10％不到。暗物质无法直接观测，却能干扰星体发出的光波或引力等，其存在能被明显感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但还没有得到足够的验证。

美国约翰斯•霍普金斯大学下属的太空望远镜研究所，借助3年前安装在“哈勃”太空望远镜上的“先进测绘照相机”，观察到更远处星系发出的光在两个星系簇中的暗物质干扰下产生的引力透镜现象，进而通过计算机模拟，得到了暗物质的分布图。这两个正在诞生中的星系簇位于南部天穹中，距地球约70亿光年，各拥有约400个星系。

所谓引力透镜现象，是指当光在经过具有引力的天体附近时，会像通过凸透镜一样发生弯曲。从理论上说，暗物质也会造成引力透镜现象，但其效果非常微弱，只有“先进测绘照相机”这样的高灵敏度观测设备才能拍摄到，而地面的天文望远镜会因为大气干扰难以看清。

研究人员将这一成果发表在10日将出版的《天体物理杂志》上。论文第一作者、韩裔助理研究员池溟国博士说，他们得到的图像清楚地显示出，我们可见的物质（即观测到的两个星系簇）是在暗物质的网络包围中，处于暗物质最密集的地方，就好比海浪顶端的泡沫。他们认为，这支持了暗物质和可见物质会在引力作用下聚集到一起的猜想，即暗物质集中的地方会吸引可见物质，从而帮助恒星、星系和星系簇的形成。

分布图还显示暗物质是聚成一簇簇地密集存在。研究人员据此认为，这验证了暗物质粒子是“非碰撞粒子”的假设，即暗物质粒子如果碰到一起，不会像分子、原子等经典粒子那样发生反弹，而会“若无其事”地继续原先的运动。他们解释说，如果暗物质粒子彼此发生碰撞，那么它们在频繁碰撞后就会分布比较均衡，而不是密集成簇。

http://www.nocsh.tpc.edu.tw/sct/content/1985/00090189/0011.htm

宇宙中的暗物质
宇宙中的物质并不都是发光的，有许多物质我们观测不到，这就影响了我们测定目前宇宙中物质密度的准确性。天文学家从动力学推算出的宇宙质量与从星系光度方法推算出的宇宙质量之比大约为九比一，也就是说，宇宙中大约存在着十分之九的暗物质，这就意味着，构成动植物赖以生存的光彩夺目的太阳，只不过是由占宇宙质量不到十分之一的次要成份构成。那么，宇宙中看不见的暗物质到底是些什么东西呢？它们丢失到哪里去了？这就是天文物理学中著名的“暗物质问题”或“失踪的宇宙 质量问题”。

关于暗物质的假说
早在本世纪30年代，荷兰天体物理学家奥尔特就已指出：为了说明恒星的运动，需要假定在太阳附近存在着看不见的暗物质。 1933年，茨维基从室女星系团诸星系的运动情况认定，在星系团中存在着大量的暗物质。奥尔特等天文学家认为，太阳附近和银道面内的暗物质可能是一般光学望远镜观测不到的极暗弱的褐矮星或质量为木星30 ～ 80倍的大行星。美国天文学家巴柯的理论分析表明，在太阳附近，存在着与发光物质几乎同等数量的看不见的物质。在大视场望远镜所拍摄的天空照片上已发现了暗于14星等、不到半个太阳质量的M型矮星。由于太阳位于银河系中心平面的附近，故从探测到的M型矮星的数目推算，它们大概能提供银河系应有失踪质量的一半。每一颗M型星最多只能发光几万年，故一些人认为银河系中一定存在着许许多多这类小恒星“燃烧”后的“尸体”，它们可能就是我们要寻找的暗物质。

后来，有人提出星系的暗包层是弥漫的气体。暗物质就是由这些弥漫的气体贡献的。星际空间，确实发现很多弥漫的气体，例如很多恒星周围被炽热的气体包裹着。然 而，射电观测证明，星系引力不可能把质量比本身还要大得多的“暗物质”气体束缚着。经简单估算，星系的暗包层气体不会很多，最多为星系质量的 10% 。

有人又提出暗物质可能是由固体尘埃组成。星系团中心是星系簇集的地方，如果每个星系外围都有质量比星系本身还要大的尘埃晕，那么尘埃对星系团中心的星系会产 生很大的消光效应，从而引起星光昏暗，这样观察到的星系团中心区将反而比它的外围暗。然而，这与观察结果相矛盾，因而这个假设也难以立足。

当然，宇宙中下落不明的暗物质不应该仅局限于星系周围的暗包层，而应在更大尺度的宇宙空间即所谓宇宙背景上去寻找可能的候选者。宇宙中的主要成份是氢——中性氢或电离氢，无论它们分布是否均匀，都能用射电、可见光或X射线探测出来。中性氢原子气体能吸收或发射21厘米波长的射电波，我们可以从观测 21 厘米 射电谱线的强度来推断氢的密度，若在星系团中平均每立方厘米体积里有1／100个氢原子，它们的总和就足以补足短缺的质量了。可是，在大尺度的宇宙射电背景辐射中并没有发现氢元素的 21 厘米 的吸收谱线，这说明在能观测到的宇宙背景里中性氢原子的密度极低，估计小于10^(-6)个／ cm3 ，这与上面的“ 1／100 ”相去甚远。

七十年代又有人提出了另外几种假说，其中最引人注意的是“中微子有静止质量”的假说。 1973 年有人提出如果中微子具有静止质量，那么它们很可能成为宇宙中下落不明物质的主要候选者。以前一直认为，中微子如同光子一样，静止质量等于零，即不存在静止的中微子（犹如没有静止的光子），但不久前初步得到的实验数据却表明，每个中微子可能具有约为34电子伏特的静止质量（电子静止质量为10^(-27)克 ，相当于 50万电子伏特）。虽然每个中微子的质量微不足道，只有质子质量的几千万分之一，但由于宇宙中充满了大量的中微子，总数估计至少是质子、中子等重子数的几亿倍，所以它们可能是最大一笔下落不明的物质。当然，中微子是否具有静止质量，尚无定论，需进一步实验验证。

欧洲核子研究中心的粒子物理学家伊里斯则认为，星系晕及星系团中最佳的暗物质候选者是超对称理论所要求的所谓S粒子。这种理论认为，每一个已知的基本粒子（如光子）必定存在着与其配对的粒子（如具有一定质量的光微子）。伊里斯推荐了四种最佳暗物质候选者：光微子、希格斯微子、中微子和引力微子。科学家们还认为，这些S粒子是星系团之间广大宇宙空间中的暗物质候选者，它们质量很小，数量很大，如果把这些粒子的质量也算进去，宇宙中物质密度就可能远远超过临界密度。然而理论预言的光微子、引力微子等，在目前并未得到它们存在的最后证据。

天问啊，兄弟。

人类现在只是按理论估计它的存在，但它的存在需要人类花更多时间精力去证明。

好深奥 !!!!