暗物质简介
暗物质名词解释
暗物质名词解释
暗物质是宇宙中的一种未知物质,它不与电磁波相互作用,因此不能直接被探测到。然而,暗物质的存在可以通过其引力作用来推断。暗物质占据着宇宙中大部分物质的比例,据估计占据了宇宙总质量的大约85%。
目前,科学家们还没有找到一种可以直接检测暗物质的方法,但他们已经发现了一些暗物质的痕迹。例如,宇宙微波背景辐射的统计分析显示,暗物质的存在是保证整个宇宙结构形成的必要条件之一。另外,天文学家们也通过观测星系、星系团等宇宙结构的运动来推测暗物质的存在。
除了引力作用外,目前还没有任何直接的证据来证明暗物质的真实性。因此,暗物质成为了一个深受物理学家们关注的问题。许多物理学家正在进行实验和理论研究,希望找到一种可以探测暗物质的方法,以便更加深入地了解宇宙的本质。
暗物质的解释
暗物质是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中84.5%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的10%不到(约5%)。暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。
暗物质的存在一经证实,意味着人类首次发现了暗物质存在的形式,将是物理学的重大突破。暗物质被称为“世纪之谜”。它“霸占”了宇宙95%的地盘,却摸不到看不着,甚至让爱因斯坦都迷糊了,否认了它的存在。令人兴奋的是,经过10年观测,紫金山天文台专家捕捉到了很可能是暗物质留下的“足迹”——高能电子,这可能是暗物质存在的一个有力证据。
学界轰动——什么是暗物质?
看不见、摸不着、重如山?
在现代天文学界和物理学界,有一个被科学家称为“世纪之谜”的问题待解,它也是困扰现代物理学发展的一个重大难题,这便是暗物质,暗物质的本质到现在还不清楚。
1937年,天文学家弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,然而星系的运行速度远远超出万有引力公式计算出的结果,这表明除了人类已知的星系团核心物质对该星系的引力外,还存在其他引力。天文学家进一步推断,在人类已知的宇宙物质之外,还有一种物质存在。平常人很难理解暗物质,常进告诉记者:“这个物质很奇怪,不仅本身不发光,而且光线也射不进去,所以人是看不到的。最令人惊讶的是,它虽然摸不到,却有重量和引力。”
常进介绍,最新的天文观测表明,宇宙的组成包括普通物质、暗物质和暗能量,其中暗物质占宇宙25%,暗能量占70%,我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量5%。宇宙“暗”的一面,主宰了整个宇宙。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量
什么是暗物质
暗物质(Dark Matter)是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量非常庞大。
自从牛顿发现了万有引力定律以来, 人们就一直尝试用引力理论来解释各种天体的运动规律, 在这个过程中, “暗物质”的概念很早就已经形成了。
现代意义下的暗物质概念是瑞士天文学家家弗里兹·兹威基(Fritz Zwicky)早在1933 年研究后发星系团中星系运动的速度弥散时就提出来了。他根据所测得的星系速度弥散并应用维理定理得到了后发星系团的质光比, 发现其比太阳的质
光比要大400 倍左右。
1934 年,他在研究星系团中星系的轨道速度时,为了解释“缺失的物质”问题
而正式提出了暗物质的概念.但当时并没引起太多的关注,直到40 年后,人们在研究星系中恒星的运动时遇到类似的困难: 人们发现如果仅考虑可见( 发光) 物体彼此之间的相互吸引力,那么各式各样的发光天体( 包括恒星、恒星团、气状星云,或整个星系) 运动的速度要比人们预想的快一些。
暗物质存在最直接的证据来自于漩涡星系旋转曲线的测量。通常测量的旋转曲线在距离星系中心很远的地方会变平, 并且一直延伸到可见的星系盘边缘以外很
远的地方都不会下降。如果没有暗物质存在, 很容易得到在距离很远的地方旋转速度会随距离下降: v(r)= GM(r)
! r ∝1
!r
因此, 平坦的旋转曲线就意味着星系中包含了更多的物质。
2003 年,Wilkinson 微波背景各向异性探测( WMAP) 、Sloan
物理学中的暗物质和宇宙暗能量的来源研究
物理学中的暗物质和宇宙暗能量的来源研究暗物质是什么?
暗物质是一种在宇宙中广泛存在的物质,它不与电磁波相互作用,因此无法直接观测。在物理学中,暗物质被定义为一种物质,没有发现它的来源,但可以确认与可见物质有相当重要的质量比。
简单地说,暗物质就是可见物质以外的一种物质。
暗物质还有一些特点。比如,暗物质是不会发光的,是真正的
黑暗,因此我们不能用望远镜去观测它们。此外,它们也不会发
射电磁波,不会在宇宙中留下任何迹象。
暗物质的研究
暗物质因其神秘性质而引起了天体物理学家、粒子物理学家和
宇宙学家的极大兴趣,他们试图找到暗物质的来源,并揭示暗物
质在宇宙的真正作用。
至今,暗物质的存在还没有被直接探测到。然而,科学家通过间接方法探测暗物质,如探测到暗物质引起的引力变化和宇宙微波背景辐射上的拓扑结构等。这些方法已成为了研究暗物质的两个基本途径。
不仅如此,许多试图解释宇宙中大尺度结构的理论模型,包括宇宙背景辐射和星系和星系团的形成,也都需要暗物质的存在,从而促进了我们对暗物质的研究。
暗物质的来源
现在,我们已经确定了暗物质的存在,但是我们对它们的来源一点都不清楚。科学家提出了多种暗物质的可能来源:
1. 天体物理学模型
一种说法是暗物质是宇宙初期过多的“原初黑暗能量”,随着宇宙扩张而减弱。这看起来是一个有吸引力的模型,但目前尚未得到广泛接受。
2. 新型粒子
暗物质可能是宇宙中新型粒子的存在。该粒子对电磁波不敏感,因此无法通过常规方法探测,科学家正在利用实验重点研究这种
粒子,并计划通过探测事件和测量反应实现粒子探测。
“暗物质”是什么,为什么科学家们一直在研究它?
“暗物质”是什么,为什么科学家们一直在研究它?
暗物质是指在宇宙中没有发出或反射可见光的物质,但却由于其引力
作用而被证实存在。科学家们一直在研究暗物质,是为了揭示宇宙中
一些未能被解释的现象。下面列举了3个科学家们研究暗物质的原因:
1.解释星系旋转速度
早期的天文学家曾经认为,星系的旋转速度应该随着距离中心的偏离
而减慢。但是,这个假想却被事实所否定。在星系的外部,旋转速度
是很稳定的。这个稳定的旋转速度导致了一个非常困惑的问题:为什
么星系会以这样的速度旋转而不发生坍塌?这就是暗物质的一个例子——暗物质善于承受引力,与普通的物质不同,它不会发生坍塌,因此,可以帮助解释星系的旋转速度。
2.解决宇宙学拓展速度问题
描述宇宙学扩张的基本物理学原理是:越远的星系会以越快的速度远
离我们。这个原理取决于暗能量,因为一个完全由暗物质构成的宇宙
是不可能的。暗能量是另一个未能被解释的现象——它是一种反重力
物质,可扭曲宇宙的空间时间结构,导致宇宙的加速扩张。暗物质与
暗能量一起,则协同作用,形成了“暗物质暗能量宇宙学模型”,可以
解释宇宙学现象。
3.验证引力波
引力波是爱因斯坦广义相对论的预测结果,它们是由能量和动量在时
空中传播的扰动,类似于石头投入池塘中的波纹。暗物质的存在可以
通过引力波的探测来验证,暗物质会通过引力作用来操纵物体的运动,这些物体包括引力波探测器中的测量设备。
综上所述,暗物质扮演着揭示宇宙中未解之谜的关键角色。虽然暗物
质在现实生活中不可见,但是它对于了解宇宙的演化和解决宇宙学问
题至关重要。
什么是暗物质概念定义是什么
什么是暗物质概念定义是什么
暗物质的存在一经证实,意味着人类首次发现了暗物质存在的形式,将是物理学的重大突破。暗物质被称为“世纪之谜”,那么暗物质到底是什么呢?下面是小编为大家整理的暗物质的概念定义,希望你会喜欢!
暗物质的概念定义
暗物质(Dark Matter)是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质,比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质-暗能量是影响当今量子粒子物理+天体物理的“两片乌云”,暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中96%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。暗物质“未来”的仪器可以直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。暗物质中的“暗物质粒子”的存在有可能是量子粒子物理的弱相互作用力的大质量重粒子的极化粒子类似于“磁单极粒子”的跃迁线性粒子。
暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量,4.9%的重子物质,26.8%暗物质组成。
新计算机模型:暗物质并非由重粒子组成。科学家1月29日在阿奇夫论文预印本网站上发表报告称,美国航空航天局的钱德拉X射线天文台的数据显示,以特定能量发出的超量X射线令图表上出现一个隆起。众所周知,X射线谱线能揭示暗物质的存在。暗物质是一种未知的物质,科学家认为宇宙绝大部分由其构成。
宇宙中暗物质的性质及其作用
宇宙中暗物质的性质及其作用
引言:
宇宙是一个神秘而广阔的地方,它包含着无数的星系和行星。而其中存在着一种神秘的物质,被称为暗物质。暗物质是构成宇宙的重要组成部分,虽然它无法被直接观测到,但其性质和作用在宇宙学领域中引起了广泛的研究和探索。本文将会就暗物质的性质及其可能的作用展开深入探讨。
一、暗物质的性质
1. 质量:暗物质被认为占据宇宙总质量的大约27%,具有巨大的质量。这一估计是通过观测宇宙的运动和重力效应得出的。暗物质的质量远远超过我们能够直接观测到的普通物质,如星系、恒星和行星等。
2. 不可见性:暗物质之所以被称为“暗”,是因为它无法与电磁波相互作用,也就是说,我们无法通过直接观测到暗物质的辐射来证实其存在。这使得暗物质的研究变得困难而复杂。
3. 重力相互作用:除了无法被观测到之外,唯一能够感知暗物质存在的方式是通过它的引力效应。暗物质与周围普通物质之间通过引力相互作用,影响宇宙的演化和结构的形成。
二、暗物质的存在证据
1. 星系旋转曲线:天文学家发现星系内部的恒星运动速度与预期不符,无法仅通过可见物质的质量解释这个现象。这意味着在星系中存在着额外的质量,也就是暗物质。
2. 宇宙微波背景辐射:宇宙大爆炸后,产生了宇宙微波背景辐射。通过对这些微波辐射的观测,天文学家发现了暗物质的存在证据。暗物质的引力会导致微波辐射的略微扭曲。
3. 大尺度结构形成:暗物质在宇宙演化中起到了重要的作用,它通过引力相互作用,促使宇宙中的物质形成大尺度的结构,如星系团、超星系团等。这些结构的形成和观测也提供了暗物质存在的间接证据。
宇宙中的暗物质及其研究进展
宇宙中的暗物质及其研究进展宇宙是一个神秘的存在,但是人类从来不缺席宇宙的探索。其中,暗物质就是宇宙学研究中一个重要的问题。暗物质以神秘的形态存在于宇宙中,它不散发电磁波,不能被光学望远镜直接观测到,只能通过引力相互作用来证明它的存在。因此,暗物质被形象地称为“看不见的物质”。
暗物质读者可能没有太多接触,但它是宇宙学中一个热门的研究领域,可以说是宇宙学中一个最困惑的问题之一。知道暗物质的存在,对我们掌握更多宇宙的完整性有很大的帮助。那么现在我们来看一看什么是暗物质以及关于暗物质的一些研究进展。
一、暗物质的定义和性质
暗物质是宇宙学家研究的一个问题,由于暗物质不能直接观测到,因此它依据的是物理学中引力定理,藉由引力作用于周围物体的运动,猜测它的存在。
暗物质不对光产生反应或散发电磁波,因此无法通过电磁波进行探测。而它的显著特征是它猛烈的引力。暗物质对小尺度的物
体的引力作用微弱,但对于更大尺度的物体,例如银河系,它的影响可谓极强。暗物质对银河系的作用形成了一个与可观测物质分布不同于的巨大的暗物质“晕”,正是这份“晕”的作用,才使银河系形成和稳定。
二、暗物质的研究进展
1.暗物质被发现
暗物质首先被意识到的是20世纪30年代。那时的物理学家计算了一个大质量天体的引力应该是比目前的可见物质所能产生的力强得多,因此提出了暗物质的概念。在20世纪80年代和90年代,银河系的高精度测量使得宇宙学家探测到宇宙中大量的暗物质泡泡,天文学上的暗物质问题才真正被认真挖掘起来。
2.暗物质是什么?
宇宙学家已经确认了暗物质的存在,但目前尚无法确定暗物质是什么。天体物理学家计算已知的暗物质无法源出银河系中大量
暗物质密度梯度
暗物质密度梯度
暗物质(DarkMatter)是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。
暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中26%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。
暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量,4.9%的重子物质,26.8%暗物质组成。
2017年11月30日,在《自然》杂志在线发表。“悟空”卫星在轨运行的前530天共采集了约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线。
暗物质的性质和存在证据
暗物质的性质和存在证据
暗物质,是指在宇宙中存在的一种未被直接观测到的物质。虽然我们无法直接感知暗物质,但通过间接的观测和推断,科学家逐渐揭示了暗物质的性质和存在。本文将探讨暗物质的性质及其存在的证据。
一、暗物质的性质
1. 质量性质
暗物质具有质量,它对周围物质的引力产生显著的影响。由于暗物质的质量远大于可见物质,它对星系、星系团等宇宙结构的形成和演化起到重要作用。
2. 电荷性质
暗物质与电磁力没有相互作用,即没有电荷。这使得暗物质难以通过光学方式被发现,需要通过其他手段来间接观测。
3. 不稳定性质
暗物质相当稳定,其寿命长达宇宙年龄的数量级。这使得我们能够在宇宙中的不同地方观测到暗物质的存在。
二、暗物质的存在证据
1. 旋转曲线
通过测量星系的旋转曲线,科学家发现星系的旋转速度不符合太阳系行星运动的规律。根据牛顿力学和万有引力定律,预期在远离星系
中心的区域,星系的旋转速度应该减小。然而实测结果表明,星系的
旋转速度在远离中心的区域仍然保持较高的值。这一现象只有通过假
设暗物质的存在,才能解释。
2. 弱引力透镜效应
当光线从远处的星系经过暗物质云团的引力场时,会发生弱引力透
镜效应。这种效应可通过观测背后星系的形变来间接检测暗物质的存在。事实上,科学家通过观测背景星系的形变,成功地证实了暗物质
的存在。
3. 宇宙背景辐射
宇宙背景辐射是宇宙大爆炸后遗留下来的微波辐射,被视为揭示宇
宙早期演化历史的重要证据。科学家对宇宙背景辐射的测量结果表明,暗物质的存在量大约是可见物质的五倍。这一发现进一步加强了暗物
质存在的理论依据。
暗物质与暗能量
暗物质与暗能量
什么是暗物质
暗物质(Dark Matter)是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是
宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量庞大,
因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中26%的物质含量,其
中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。暗物质
无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存
在能被明显地感受到。
暗物质的发现
大约65年前,第一次发现了暗物质存在的证据。弗里兹·扎维奇发现,大型星系团中的星系具有极高的运动速度,
除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100
倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系。最直观的证据
是旋涡星系的旋转曲线。尽管对暗物质的性质仍然一无所知,
但是到了80年代,占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为
接受了。
“观测”暗物质的手段
观测暗物质的手段主要有,引力透镜法,旋涡星系的旋转
曲线,星系中的恒星或星系团中的星系的速度弥散,星系团
(及椭圆星系)的X射线气体的流体静力学平衡方法,星系团
的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应等等。
直接探测
间接探测WIMP。WIMP偶尔会撞上一个原子核。这一碰撞会
散射原子核,进而使之和周围的原子核发生碰撞。由此科学家
可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。对于暗物质
的直接探测实验一般都这设置于地底深处,以排除宇宙射线的
背景噪声。这类的实验室包括美国的Soudan mine和DUSE、加
拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)以及英国的Boulby mine。
暗物质宇宙中最大的未解之谜
暗物质宇宙中最大的未解之谜
暗物质是一种看不见的物质,构成了宇宙中大部分质量,但至今
未被直接观测到。它的存在是科学界公认的事实,因为在观测到的天
体运动和结构形成中,其引力效应无法由已知的可见物质解释。探索
暗物质不仅是天文学的重要任务,也是现代物理学面临的最大挑战之一。本文将深入探讨暗物质的理论背景、证据、未解之谜以及未来的
研究方向。
一、暗物质的基本概念
1.1 什么是暗物质?
暗物质是一种在宇宙中无形且不可直接观测的物质。尽管无法以
光学方式看到,但其存在通过引力效应在宇宙大尺度结构中的显现得
到了间接证实。可以将暗物质视作一种特殊类型的物质,与我们熟知
的原子物质(如氢、氧等)形成鲜明对比。
1.2 暗物质与普通物质的区别
普通物质通过电磁相互作用发出光,因此可见相对较容易。然而,暗物质不与电磁力相互作用,这意味着它不会以任何形式发光或反射光,因此无法通过传统的望远镜探测到。科学家推测,暗物质可能主
要由重粒子组成,这些粒子不与普通物质发生相互作用。
二、暗物质的证据
2.1 星系旋转曲线
积极研究暗物质的证据之一是星系旋转曲线。当天文学家观察一个星系时,他们发现星系外围的恒星以比预期更高的速度旋转。如果仅依靠可见物质来解释这些速度,科学家们会得出星系中几乎没有质量(如重力)的结论。但实际数据显示,许多恒星在距中心较远的位置及其旋转速率明显高于预期,这暗示存在大量看不见的质量,它被称为“暗物质”。
2.2 引力透镜效应
另一项涉及暗物质的重要证据是引力透镜效应。当光经过大质量天体(如星系团)时,会因引力而弯曲,形成多个或弥散化的图像。科学家通过分析这种现象,可以重建该区域的质量分布,而计算结果常显示出存在显著量的“额外”质量,即为暗物质。
暗物质知识点
暗物质知识点
暗物质是宇宙中的一个重要物质成分。虽然我们无法直接观测到暗物质,但通过间接证据以及数学模型,科学家们对暗物质的存在和性质有了一定的了解。本文将介绍暗物质的概念、证据、性质以及对宇宙演化的影响。
一、暗物质的概念
暗物质是指在宇宙中无法直接观测到的物质,它不会与光子产生相互作用,因此无法通过电磁波或者其他光学手段来探测。然而,暗物质可以通过引力相互作用来影响其他物体,这也是科学家们发现暗物质的关键。
二、暗物质的证据
1. 星系旋转曲线
通过观测星系中恒星的运动轨迹,科学家们发现恒星距离星系中心越远,速度越高。这与牛顿力学的预期不符,根据万有引力定律,恒星的速度应该随距离的增加而减小。为了解释这一现象,科学家们提出了暗物质的概念,认为恒星受到暗物质的引力影响,从而保持高速运动。
2. 宇宙微波背景辐射
宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后产生的辐射,具有非常均匀的分布。通过对宇宙微波背景辐射的观测,科学家们研究了宇宙的演化历
史。然而,观测结果显示宇宙微波背景辐射的分布存在微小的不均匀性,这需要通过暗物质的存在来解释。
三、暗物质的性质
1. 组成
暗物质的具体组成仍然是未知的,科学家们提出了一些可能的候选者,包括一种特殊类型的粒子,称为WIMP(弱相互作用巨大粒子)。然而,尚未找到确凿的证据来证明这些候选者的存在。
2. 丰度
根据对宇宙大爆炸的模拟以及对宇宙微波背景辐射的观测结果,科
学家们估计暗物质的丰度约占宇宙总质量的27%左右,远远超过我们
熟知的可见物质。
3. 作用方式
由于无法直接观测到暗物质,科学家们通过模拟和推理来研究其作
暗物质
在宇宙学中,暗物质(dark matter)又称为暗质,是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等研究表明:我们目前所认知的部分,即重子(加上电子),大致占宇宙的4%,而暗物质则占了宇宙的23%,还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性,对结构形成也非常地关键。暗物质很有可能是一种(或几种)粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。对暗物质(和暗能量)的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。
暗物质存在的证据
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。
最早提出证据并推断暗物质存在的是1930年代荷兰科学家Jan Oort与美国加州工学院的瑞士天文学家弗里茨·兹威基[1]等人。弗里茨·兹威基观测螺旋星系旋转速度时,发现星系外侧的旋转速度较牛顿引力预期的快,故推测必有数量庞大的质能拉住星系外侧组成,以使其不致因过大的离心力而脱离星系[2][3]。
星系与星系团观测
2006年,美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-558进行观测,无意间观测到星系碰撞的过程,星系团碰撞威力之猛,使得暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据[4]。
虽然暗物质在宇宙中大量存在是一个普遍的看法,但是科学家们发现螺旋星系NGC 4736的旋转能完全依靠可见物质的引力来解释,也就是说这个星系没有暗物质或者暗物质很少[5]。
什么是暗物质
什么是暗物质
什么是暗物质
暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,它可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。下面是小编为大家整理的什么是暗物质,仅供参考,欢迎阅读。
暗物质也叫不可视物质,这类物质是否真实存在于广阔无垠的宇宙中,至今科学还不能做出最后的定论。然而很多证据表明了它存在的可能性。
天体物理学的一个最新研究成果表明,各种化学元素的总和,按质量不超过宇宙总质量的113,其余713的质量由暗物质提供的。也就是说,人类现今所认识到的物质,并不是宇宙间的主要成分,而只占其质量的113。这一成果引出了人们对暗物质的各种推测。
暗物质的概念最先由瑞士天文学家兹威基提出。他在用光度方法和动力学方法估计后发星系团的`质量时,发现后者测得的质量为前者的122倍。这表明后发星系团的主要质量并非由可视的星系贡献的,这种还未被发现和证实的物质就被称为“下落不明的质量”,即暗物质。
一直以来人们对暗物质有很多种猜测,例如认为它是气态物质,尘埃、变暗的星等等,然而这些猜测后来都被科学否定了。目前,对暗物质的研究已经有了新的进展,认为它是由中微子大量聚积而产生的。
相信,随着科学研究的深入,暗物质的问题会逐渐明朗起来。
暗物质到底是什么
暗物质到底是什么
宇宙之中还有很多的未解之谜等着我们去探索。暗物质被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,那么暗物质到底是什么呢?
介绍
暗物质(Dark Matter)是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质,比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质-暗能量是影响当今量子粒子物理+天体物理的“两片乌云”,暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中96%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的5%不到(约4.9%)。暗物质“未来”的仪器可以直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。暗物质中的“暗物质粒子”的存在有可能是量子粒子物理的弱相互作用力的大质量重粒子的极化粒子类似于“磁单极粒子”的跃迁线性粒子。
暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量,4.9%的重子物质,26.8%暗物质组成。暗物质是一种未知的物质,科学家认为宇宙绝大部分由其构成。
原质起源
美国纽约布鲁克海文国家实验室和英属哥伦比亚大学的科学家,研究已发表在《物理评论快报》上。他们称这种新机制为“原质起源论”(hylogenesis)。
英属哥伦比亚大学克里斯·西格森说:“我们正在努力把理论物理中的两个问题一起解释。这一机制将原子形成和暗物质联系在一起,有助于解开重子不对称的秘密,作为对整个暗物质加可见重子的平衡宇宙的一种重建。”
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• 多重态的引入会影响弱耦合常数 g2 的跑动。如果要求 g2 能够一直到普朗克能标都不遇到朗道极点,可以给 出 n 的上限。
Majorana费米子:n ≤ 5 实标量: n ≤ 8
Nucl.Phys. B854 (2012) 350-374 Nucl.Phys. B860 (2012) 115-151
自旋为 0 的暗物质粒子
黄色区域为考虑到可微 扰条件时有效理论不成 立的区域
自旋为 1/2 的暗物质粒子
自旋为 1 的暗物质粒子
自旋为 3/2 的暗物质粒子
已经有这么多暗物质模型了 在高能物理数据库SPIRES,“暗物质”论文数量多达四千多篇
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暗物质的性质仍然是一个开放的科学问题
Chris Quigg列出的 十大科学难题:
• 对暗物质的研究涉及粒子物理、宇宙学、天体物理等 多个学科
暗物质的直接探测
暗物质的间接探测
高能对撞机的探测器与粒子重建
暗物质的对撞机探测
暗物质与标准模型费米子的有效相互作用
• 当相互作用过程的转移动量远小于媒介粒子质量时, 相互作用可以用有效理论描述。 • 使用有效理论,通常能够把握研究问题的基本特征, 与模型细节相对无关。 • 我们分别假定暗物质由自旋为 0, 1/2, 1 或 3/2 的粒 子组成,用有效算符描述暗物质粒子与标准模型费米 子的相互作用,把直接探测、间接探测和宇宙学丰度 的实验结果综合在一起进行比较 • 我们发现,在不同情况下,各类暗物质实验的灵敏 度有些差别,具有一定的互补性
7
修正的牛顿动力学(MOND)之三
8
修正的牛顿动力学(MOND)之四
9
在2004年发现的子弹星系团(bullet cluster),通过X射线 探测到的是红色的可见物质,看来是两个星系相撞; 通过弱引力透镜探测到的质量分布是蓝色的部分(可 解释为暗物质),可知它们的相互作用非常微弱, 几乎直接穿过去了。
暗物质之母:Rubin
3
我以前的讲课板书
4
5
修正的牛顿动力学(MOND)之一 根据星系旋转曲线
A:牛顿力学预言的旋转速度 v∝r^(-1/2) B:实验观测到的旋转速度 v≈Const.
6
修正的牛顿动力学(MOND)之二 MOND理论假设 牛顿第二运动定律在加速度极低时修正为: 力与加速度的平方成正比
到更高能标上。
Phys.Rev. D92 (2015) 115004
七重态实标量最小暗物质模型
七重态实标量 动能项和规范耦合项
势能项
这一项被大多数 文献忽略
Higgs 场破缺后,第五项会贡献到七重态树图质量上:
当 m0 >> mZ 时,一圈图引起的质量劈裂为
为零时,暗物质遗迹密度(relic density)观测值对应于 m0 = 8.8 TeV (不考虑索末菲效应) m0 = 25 TeV (考虑索末菲效应)
我们发现,y 的跑动与 g2 的跑动强烈相关。当 y 的取
值为
时,可得
。否则
y 的朗道极点将早于 g2 的朗道极点出现。若允许精细
调节初值,至多可将朗道极点能标推迟到
。
精细调节 y 的初值,将耦合常数演化至 1014 GeV(略 低于朗道极点能标),则可用真空稳定性和微扰性条件
限制七重态的耦合常数
直接探测实验 LUX、间接探测实验 Fermi-LAT、真空 稳定性和微扰性条件对模型参数的限制
暗物质简介
张宏浩
在1930年代,Zwicky用Virial定理分析在后发星系团 (Coma Cluster)的星系的运动速度,他发现它们的速度 太快了,可见物质的质量不足以解释这么快的速度,
为此他引入了约10倍于可见物质质量的“暗物质”。
暗物质之父:Zwicky
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在1970年代,Rubin研究了漩涡星系的旋转曲线, 她发现v随r的变化曲线并未遵循牛顿力学的预言, 而是几乎平坦的:速度仍然太快了! 这个现象可以用暗物质或者MOND理论解释。
最小暗物质 (minimal dark matter) 模型
[Cirelli, et al., hep-ph/0512090]
• 在标准模型基础上引入一个 SU(2)L ×U(1)Y多重态 • 多重态的电中性分量是暗物质候选粒子 • 电弱圈图修正使带电分量的质量比中性分量大 • 若多重态所在表示维数 n 足够高,电弱规范对称性 会禁戒多重态与标准模型粒子的耦合,使暗物质稳定
• 不过,标量多重态的情况没这么简单。标量多重态
存在多种自相互作用,以及与 Higgs 场的相互作用。
• 最近有研究[Hamada, et al., arXiv:1505.01721]表明 ,
七重态标量的四次自相互作用耦合常数在 108 GeV
能标处就会遇到朗道极点。
• 我们进一步研究了在什么情况下可以将朗道极点提升
标准模型耦合常数的 beta 函数
在
处加入七重态实标量之后的 beta 函数
(系数非常大!)
真空稳定性条件: 对于
对于
若
,朗道极点能标
若
,
(不满足真空稳定性),
7-3-5 模型
为了提升朗道极点能标,引入1个三重态费米子场和1个 五重态费米子场,与七重态标量场发生 Yukawa 耦合
三重态费米子场可通过第二项构建 type-III seesaw 机制 对 beta 函数的影响:
为什么还要考虑这一个暗物质候选模型:最小暗物质模型? 最小暗物质模型只有一个参数:暗物质质量M,具有可预言性!
最小暗物质 (minimal dark matter) 模型
[Cirelli, et al., hep-ph/0512090]
• 在标准模型基础上引入一个 SU(2)L ×U(1)Y多重态 • 多重态的电中性分量是暗物质候选粒子
用MOND理论解释 这一现象有困难, 除非也引入暗物质
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bullet cluster (2004)
train wreck (2007)
baby bullet (2008)
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由弱引力透镜观测结果知,在银河系内的大质量致密晕天体 (MAssive Compact Halo Objects,MACHOs)对银河系暗物质晕的 贡献小于8%,这表明在银河系中暗物质的主要成分不是MACHOs 这样的重子暗物质,而应该是非重子暗物质。进一步可推测, 在宇宙中的暗物质主要成分也是非重子暗物质。
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暗物质粒子的脱耦
在运动学脱耦之后,暗物质粒子不再与背景等离子体有动量交换, 因此暗物质粒子的质量扰动开始随时间对数增长,逐渐形成结构。
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非重子暗物质的脱耦时间比重子的脱耦时间更早!
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2013
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