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暗物質是什麼？
暗物質是一種神秘的物質，它不與任何形式的電磁輻射（即光）相互作用。它不會輻射光，光也不會反射回來。儘管我們從未直接探測到暗物質，但大量證據證明了它的存在。
暗物質存在的證據
弗裡茲·扎維奇於20世紀30年代首次提出這個想法，當時他正在觀察附近眾多的彗發星系團。通過觀察這些星系發出的光，扎維奇估計了星團的總質量。但當他測量星系速度時，扎維奇發現它們移動得太快了，星系團本來應該已經分裂了，可相比之下，它質量引力太小不夠支持星系團的分裂。
扎維奇似乎不太可能在分崩離析中抓住這一集群。相反，其他星系不可觀測的物質，卻對星系團總質量做出了巨大貢獻，並將其聚集起來。茲維奇認為，這裡一定有某種看不見的物質在起作用，這種物質產生了可觀察到的引力效應，但卻不像正常物質那樣進行輻射。
進一步證明暗物質存在，是來自單個星系的旋轉曲線，這些曲線將恆星繞其星系中心運行的速度與恆星距星系中心的距離進行比較。外圍軌道上的恆星速度運行極快，它不應受星系的束縛，然而事實就是如此。如果我們對引力的理解是正確的，那麼只有銀暈中存在無法觀測的質量源時，才能解釋這些恆星擁有如此之快的速度。
星系團阿貝爾1689中的暗物質濃度呈藍色。天文學家通過引力透鏡確定了這些濃度的位置。
美國宇航局，歐洲航天局，公共操作環境系（美國宇航局 噴氣推進實驗室/加利福尼亞理工學院以及太空望遠鏡科學研究所）
宇宙學家也懷疑過，暗物質的存在是由於引力透鏡效應。來自遙遠星系的光傳向地球時，它必須經過其他宇宙結構，如星系團。而光通過這樣的星系團時，星系團強大的引力場就會像一個透鏡，彎曲並放大遙遠星系的光。背景星系的圖像可能會被塗抹成一個弧、一個光環，或者分離成多個圖像。因為扭曲程度取決於前景星系團的質量，天文學家可以使用這種引力透鏡來測量附近星系團的質量。而且，測量到的質量總是遠遠超過星系團預期發射的光。
宇宙微波背景的波動，是大爆炸遺留下來的輻射，這為暗物質的存在，提供了進一步的證據。宇宙學家可以利用這些波動，來計算宇宙的密度和成分。歐空局普朗克太空飛行器觀測的計算結果表明，原子只佔宇宙總能量和總質量的4.9%。此外，普通物質只佔宇宙中所有物質（常規物質和暗物質）的1/6。所以暗物質一定佔宇宙總質量和總能量的27%。
圖解：宇宙微波背景輻射圖
除此之外，對宇宙大尺度結構的模擬，只有在包含暗物質的情況下，才與觀測結果相匹配。沒有暗物質的模擬，不會產生宇宙中所看到的星系團「宇宙網」的絲狀體和空洞結構。
暗物質的性質
暗物質的性質仍然懸而未決。在最廣泛研究的模型中，科學家們假設暗物質由弱相互作用的大質量粒子組成。這些亞原子粒子並不存在於粒子物理學的標準模型中，但是物理學家們在超對稱模型的擴展中預測了它們的存在。WIMPs通過重力與正常物質相互作用，很少通過四種基本力之一的弱核力（其他三種是強核力、電磁力和引力）。
圖解：弱核力（弱相互作用力）
目前，科學家們正試圖使用地下礦井中的探測器直接找到WIMPs，或者通過粒子湮滅時發射的伽馬射線間接地找到WIMPs。（後者要求WIMP粒子是它自己的反粒子，物質和反物質相互作用）然而，最近非探測數據，如來自勒克斯、低溫暗物質搜尋計劃以及大型強子對撞機的報導，科學家們已經研究了更加複雜的WIMP模型。
圖片來源：英國廣播公司
當然，還有一種可能是，我們目前對引力的理解（即愛因斯坦的廣義相對論）迫切需要修改。到目前為止，廣義相對論已經成功地通過了每一項測試，但仍有一些天文學家和物理學家正在研究引力的變化，例如修正牛頓動力學，看看他們是否能夠否定暗物質的需求。
作者： skyandtelescope
FY: 小蜜蜂
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