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暗物质和暗能量之间的区别?暗物质粒子探测卫星征名揭晓 命名“悟空”

时间:2017-04-24 作者:xiaoxiao 浏览:   手机版

暗物质和暗能量之间的区别是什么?首先了解暗物质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。暗物质的密度非常小,但是数量庞大。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。跟着小编一起去探索暗物质粒子探测卫星征名揭晓 命名“悟空”......

暗物质和暗能量之间的区别是?

从物理性质上来说,主要是区别,并没有什么联系。只不过凑巧在相近的时间里发现,所以起了两个非常类似的名字。简单来说,暗物质表现的更像普通可观测到的物质,贡献引力;而暗能量则与日常物质大相径庭,贡献斥力。

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什么是宇宙暗物质

首先来说暗物质。暗物质的发现来源于1970年左右Vera Rubin对银河系的邻居仙女座大星系(M31)的星系旋转曲线的测量。简单来说就是测量距离星系中心不同半径处物质的旋转速度。

横坐标是距离星系中心的距离,纵坐标速度。学过高中物理的都知道,如果知道星系的质量分布的话,速度与距离的关系可以用开普勒定律很容易的求出来(红线)。补充一下质量分布是怎么求的。

原理就是,通过测量光的分布,然后猜测一些星系的年龄和恒星形成率可以算出来一个相对靠谱的光度-质量比。所以求质量分布时假设了所有物质会按一定比例发光。

另外也说明,很多人说,不会发光的就是暗物质那么像地球行星这些不会发光只会反射光的是不是也是暗物质。实际情况时,这些物质首先占比相对于恒星很小,其次,这些物质已经基本上考虑进来了。

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宇宙暗物质是什么

然而测量结果(白线)令人大跌眼镜,在星系外围的绕转速度比计算得到的要快很多。现在通常会说的是,这说明了星系里有很多质量是看不见的,因为。想要支撑这么大的速度需要更多的质量。

当然,明眼人还能想出来其他很多原因。天文学家们也不傻,当时发现了以后,大家立刻想出了很多解释,比如外围的物质因为某些原因并不能有效形成恒星,所以不发光。

或者有的人干脆说你这玩意测错了,也许你把背景的一些不属于这个星系的物质测进来了。但是事后的结果越发的“不正常”,最终起名为“暗物质”。比如人们发现这些不会发光的物质的物理性质与能发光的正常物质相差太大。

首先先说人们现在测量暗物质并不需要星系旋转曲线这种“愚蠢”的办法了。一种比较好的办法是通过引力透镜。也就是如下图,光线通过大质量天体时会发生弯曲。所以,如果一个大质量天体后面正好有个光源,会变成这样:

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暗物质有什么用

传说中的爱因斯坦环,这玩意和前景的引力场状态密切相关。有的时候会变成这样。天文学家仔细看图里哪里有被引力透镜弯曲了的背景星系,就可以判定前景星系的质量分布。

通过类似的观测,人们发现了很多像下面这个比较著名的例子,Bullet Cluster:

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寻找暗物质有什么用

蓝色代表暗物质分布,红色是通过X射线观测到的星系团中气体的分布。可以发现,这个星系团实际上是两个星系团正在进行并合的产物。气体在并合过程中由于相互作用,互相穿过对方以后,已经完全变形了。

而不发光的暗物质则表现的完全不同,两团物质依然十分分明,碰撞过后对形态并没有什么影响。因此可以发现,暗物质之间的相互作用比正常物质要弱的多。

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研究暗物质有什么用

现在一般认为,暗物质粒子之间,或暗物质与正常物质之间的相互作用非常微弱。除了引力相互作用以外,只能进行弱相互作用。同时,根据暗物质粒子的可能的运动速度。

人们将暗物质粒子分类为热暗物质(Hot Dark Matter,HDM,粒子运动速度接近光速),冷暗物质(Cold Dark Matter,CDM,粒子运动速度远小于光速)和温暗物质(Warm Dark Matter,WDM,速度居中)。

通过计算机模拟,天文学家现在认为,组成宇宙中暗物质的主要成分应该为冷暗物质。但是冷暗物质模型也存在一些疑难,比如冷暗物质预言的银河系伴星系明显多于现在已知的伴星系。

而且另外,暗物质也吸引了很多粒子物理学家,例如华裔诺贝尔物理学奖得主丁肇中,就在国际空间站放了一个实验仪器(阿尔法磁谱仪),用来直接探测暗物质粒子。

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暗物质和暗能量

同时,人们还知道,暗物质所占的宇宙中的质量要比正常物质多得多。所以很明确的是,宇宙尺度上有关引力相互作用的事件都是暗物质主导的,比如星系的形成和并合。

总的来说,对于暗物质的性质,人们目前认识的比较多,也有一些暗物质粒子的候选体。个人认为,直接探测到暗物质粒子,并且确认其物理组成只是时间问题。

再来说暗能量。相比于暗物质,人们对这种与我们熟悉的物质的表现大相径庭的物质则知之甚少。暗能量与2011年诺贝尔物理学奖息息相关。

它的发现主要起源于Adam Riess在1998年用超新星发现的宇宙在加速膨胀的事实。(注:诺奖授予了Adam Riess, Brian Schmidt和Saul Perlmutter三人,但由于历史原因。

Adam Riess和Saul Perlmutter谁第一个作出了发现存在争议,八卦问题就不讨论了)。大致来说,更遥远的宇宙意味着更古老的宇宙,因为光的传播需要时间。

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