宇宙中的暗物質(zhì)

1、宇宙中的暗物質(zhì)宇宙中的暗物質(zhì) 宇宙中的暗物質(zhì)宇宙中的暗物質(zhì)在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)（在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)（dark dark mattermatter）又稱為暗質(zhì)，是指無(wú)法）又稱為暗質(zhì)，是指無(wú)法通過(guò)電磁波的觀測(cè)進(jìn)行研究，也通過(guò)電磁波的觀測(cè)進(jìn)行研究，也就是不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)。就是不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)。人們目前只能通過(guò)引力產(chǎn)生的效人們目前只能通過(guò)引力產(chǎn)生的效應(yīng)得知，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙中有應(yīng)得知，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在大量暗物質(zhì)的存在。物質(zhì)分布物質(zhì)分布 能觀測(cè)到的物質(zhì) 4% 暗物質(zhì) 23% 暗能量 73%暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn) 大約大約65年前，第一次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的證據(jù)年前，第一

2、次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的證據(jù) 。 弗里茲弗里茲扎維奇發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)扎維奇發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)動(dòng)速度動(dòng)速度 ，除非星系團(tuán)的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計(jì)算所，除非星系團(tuán)的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計(jì)算所得到的值的得到的值的100倍以上，否則星系團(tuán)根本無(wú)法束縛住這倍以上，否則星系團(tuán)根本無(wú)法束縛住這些星系。些星系。 最直觀的證據(jù)是旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線最直觀的證據(jù)是旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線 盡管對(duì)暗物質(zhì)的性質(zhì)仍然一無(wú)所知，但是到了盡管對(duì)暗物質(zhì)的性質(zhì)仍然一無(wú)所知，但是到了80年代，年代，占宇宙能量密度大約占宇宙能量密度大約20%的暗物質(zhì)以被廣為接受了。的暗物質(zhì)以被廣為接受了。 暗物質(zhì)的特

3、點(diǎn)暗物質(zhì)的特點(diǎn) 暗物質(zhì)不發(fā)光，卻有引力。暗物質(zhì)不發(fā)光，卻有引力。 宇宙中暗物質(zhì)比可見物質(zhì)多得多。宇宙中暗物質(zhì)比可見物質(zhì)多得多。 暗物質(zhì)粒子的主要性質(zhì)：暗物質(zhì)粒子的主要性質(zhì)： 1）長(zhǎng)壽命；）長(zhǎng)壽命； 2）主要是冷的（質(zhì)量大）；）主要是冷的（質(zhì)量大）； 3）作用弱。）作用弱。暗物質(zhì)是什么？暗物質(zhì)是什么？暗物質(zhì)分類暗物質(zhì)分類歷史上，人們將可能的暗物質(zhì)分為三個(gè)大類：冷暗物質(zhì)、溫暗物質(zhì)、熱暗物質(zhì)。 這個(gè)分類并非依照粒子的真實(shí)溫度，而是依照其運(yùn)動(dòng)的速率。冷暗物質(zhì)：在古典速度下運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)。溫暗物質(zhì)：粒子運(yùn)動(dòng)速度足以產(chǎn)生相對(duì)論效應(yīng)。熱暗物質(zhì)：粒子速度接近光速。暗物質(zhì)的暗物質(zhì)的“觀測(cè)觀測(cè)”手段手段1 1、引力透

4、鏡法、引力透鏡法2 2、旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線、旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線3 3、星系中的恒星或星系團(tuán)、星系中的恒星或星系團(tuán)中的星系的速度彌散中的星系的速度彌散4 4、星系團(tuán)、星系團(tuán)( (及橢圓星系及橢圓星系) )的的X X射線氣體的流體靜力學(xué)平射線氣體的流體靜力學(xué)平衡方法衡方法5 5、星系團(tuán)的蘇尼亞耶夫、星系團(tuán)的蘇尼亞耶夫- -澤爾多維奇效澤爾多維奇效引力透鏡法引力透鏡法引力透鏡引力透鏡a、廣義相對(duì)論：光線通過(guò)引、廣義相對(duì)論：光線通過(guò)引力場(chǎng)時(shí)會(huì)偏轉(zhuǎn)力場(chǎng)時(shí)會(huì)偏轉(zhuǎn)b、一個(gè)暗弱的前景天體（如、一個(gè)暗弱的前景天體（如褐矮星）引起的引力透鏡效褐矮星）引起的引力透鏡效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致背景恒星暫時(shí)地、應(yīng)會(huì)導(dǎo)致背景恒星暫時(shí)地、

5、然而明顯地變亮，從而提供然而明顯地變亮，從而提供了一種檢測(cè)暗物質(zhì)的方法。了一種檢測(cè)暗物質(zhì)的方法。成果成果 2007年5月15日，哈勃望遠(yuǎn)鏡公布了星系團(tuán)CL0024+17擁有暗物質(zhì)環(huán)的圖像，環(huán)徑大260萬(wàn)光年。雙魚座星系暗物質(zhì)環(huán)旋渦星系旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線星系旋轉(zhuǎn)曲線星系旋轉(zhuǎn)曲線曲線平坦部分遠(yuǎn)曲線平坦部分遠(yuǎn)高于高于KeplerKepler情形情形漩渦星系的轉(zhuǎn)動(dòng)曲線，帶點(diǎn)子是觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)線是星系盤胡星暈的擬合曲線旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線旋渦星系的旋轉(zhuǎn)曲線 實(shí)際旋渦星系旋轉(zhuǎn)曲線：在R 較小時(shí)旋轉(zhuǎn)速度隨R 增加而增加，但在R 較大時(shí)旋轉(zhuǎn)速度傾向于常數(shù)。但是開普勒運(yùn)動(dòng)規(guī)律預(yù)言R 較大時(shí)，旋轉(zhuǎn)速

6、度會(huì)下降，而實(shí)際測(cè)量到星系的旋轉(zhuǎn)曲線都比較平緩。這就是目前從星系的旋轉(zhuǎn)曲線推斷出有暗物質(zhì)（或發(fā)光效率極低）存在的根據(jù)。圖1(a)是銀河系的旋轉(zhuǎn)曲線，(b)許多其它星系的旋轉(zhuǎn)曲線。空間暗物質(zhì)探測(cè)器空間暗物質(zhì)探測(cè)器 發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星 紫金山天文臺(tái)、高能紫金山天文臺(tái)、高能所、蘭州近物所、科大所、蘭州近物所、科大四川錦屏山四川錦屏山地下實(shí)驗(yàn)室地下實(shí)驗(yàn)室 2500m 清華大學(xué)清華大學(xué)液氙探測(cè)器液氙探測(cè)器 200kg 上海交大上海交大南極南極施密特望遠(yuǎn)鏡陣施密特望遠(yuǎn)鏡陣（AST3）位于南極冰穹）位于南極冰穹A暗物質(zhì)探測(cè)在中國(guó)暗物質(zhì)探測(cè)在中國(guó)最被看好的暗物質(zhì)候選者最被看好的暗物質(zhì)候選者低溫?zé)o碰撞暗物質(zhì)（低溫

7、無(wú)碰撞暗物質(zhì)（CCDM） 具有壽命長(zhǎng)、溫度低、無(wú)碰撞的特性 優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)：1 . CCDM的結(jié)構(gòu)形成數(shù)值模擬結(jié)果與觀測(cè)相一致 2 . 作為一個(gè)特殊的亞類，弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）可以很好的解釋其在宇宙中的豐度。3 .理論模型中預(yù)言了一些非常有吸引力的候選粒子 如中性子和軸子。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：在從1Mpc到Kpc小一些的尺度上，出現(xiàn)了不一致 。探測(cè)進(jìn)展修改牛頓引力（修改牛頓引力（MOND）理論）理論 1983年，以色列物理學(xué)家米爾格若姆曾提出暗年，以色列物理學(xué)家米爾格若姆曾提出暗物質(zhì)可能不存在。物質(zhì)可能不存在。 他認(rèn)為，牛頓動(dòng)力學(xué)的適用范圍僅是我們地球他認(rèn)為，牛頓動(dòng)力學(xué)的適用范圍僅是我們地球附近和太陽(yáng)系內(nèi)。附近和太陽(yáng)系內(nèi)。 宇宙引力場(chǎng)強(qiáng)度