如何证明暗物质存在?

时间:2021-06-15 09:00:37   作者:
如何证明暗物质存在?让我来举个例子你们就知道了。这就是2018年的Abell星系团。特别要注意那些弯曲的金属。它们不是镜头上的污垢,而是远在Abell 2018星系团之外的星系。阿贝尔星系团的质量扭曲了空间,而穿过空间的光就好像空间本身就是一个透镜。

如何证明暗物质存在?

这是广义相对论的一个预测。爱因斯坦甚至为一个朋友做了引力透镜的特殊计算。

如何证明暗物质存在?

你不需要理解他的涂鸦或他的数学,但关键是物质会因为重力而扭曲空间。正因为如此,光在弯曲空间中传播时会发生弯曲。就像这样:

如何证明暗物质存在?

我们已经非常彻底地测试了广义相对论的这一点,所以我们知道有多少质量使空间弯曲。

但你也可以反向计算:如果你可以观察透镜星系,你就可以推断出有多少空间被弯曲了。如果你知道空间被弯曲了多少,你就知道需要多少物质才能使空间弯曲那么多。

如果你只看一幅星系的图片,如上图所示,你就可以大致估算出它有多大以及里面有多少颗恒星。既然你知道了平均恒星的重量,你也可以估算出那个星系中有多少物质。但是当你这样做的时候,你会发现星系团中的星系没有足够的质量来弯曲空间。

还有另一个问题:请注意,弯曲的透镜星系位于透镜星系团中的一些星系之间。这意味着你可以追踪它们的光在星系团中的反向路径,并利用它来精确测量空间的弯曲程度,以及星系之间的质量。当你把它画在图像上时,你会得到这样的结果:

如何证明暗物质存在?

所以图表的底部基本上是星系团照片的面积,而底部以上的高度是照片中每个像素处有多少物质才能产生那种透镜效应。

这些尖刺是引力透镜中计算出的星系质量。但你看到中间那个凸出来的星系尖峰了吗?这也是质量,凸起处的质量比尖刺处的质量大得多。

我们看不见凸起处的肿块。我们只能看到它的足迹,然后推断它确实在那里。

这并不是暗物质存在的唯一证据。当你测量星系的自旋时,你会注意到一些事情:物质的轨道速度与离星系中心的距离并不会随着距离的增加而减小,正如你从开普勒第三定律和可见物质的数量中所期望的那样。

如何证明暗物质存在?

就好像除了可以看到的物质外,还有更多的物质在星系边缘甚至是星系边缘之外都看不见。事实上,当你计算的时候,你会发现,如果物质的数量是肉眼所见物质的五倍,那么根据开普勒第三定律,一切都是正常的。

如何证明暗物质存在?一种解释是,星系中的大部分质量实际上来自非恒星:褐矮星、黑洞,但主要是气体和尘埃。

其他可能的解释可能是,我们对引力的理解是错误的,而不是隐藏的额外物质。可能用牛顿引力定律的修正版本来描述引力比相对论更好。

好,让我们测试一下。仔细看看这张照片:

如何证明暗物质存在?

子弹星系团——实际上是两个相互碰撞的星系团——的合成图像来自三个来源:光学图像、x射线数据和重建的质量图(与上面的Abell 2018星系团相同的方法)。中间粉红色的东西是气体碰撞产生的热x射线辐射。边缘的蓝色物质是质量最大的,我们可以从引力透镜看到。

两个星系团正面相遇,大部分时间都穿过彼此,因为星系之间的空间非常大。这些星系团中的气体并没有相互穿过:相反,气体相撞,变热并产生大量的x射线,但也因为变热产生x射线而失去动量。所以气体留在了后面。

我们从x射线中知道气体和尘埃留在中间,所以如果这是径向速度差异的来源,那么这就是引力透镜应该存在的地方。但事实并非如此。它在蓝色区域外,在星系团核心所在的边缘。

所以我们可以排除隐藏的正常物质。无论暗物质是什么,它都不是气体。
声明:本文内容由互联网用户自发贡献自行上传,本网站不拥有所有权,未作人工编辑处理,也不承担相关法律责任。如果您发现有涉嫌版权的内容,欢迎发送邮件至:123456789@qq.com 进行举报,并提供相关证据,工作人员会在5个工作日内联系你,一经查实,本站将立刻删除涉嫌侵权内容。