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暗物质被发现了?事实上我们只是找回了部分物质而已

原标题:暗物质被发现了?事实上我们只是找回了部分物质而已

科学家发现了一片失落的宇宙,然而还是不够塞牙缝。

这是一片极度深空。从中我们可以看到从紫外线到可见光,再到红外线各个波段上的神奇影像。但我们看到的只是由物质构成的恒星发出的光,其余占压倒性多数的物质都不包括在内。NASA / 哈勃太空望远镜

可观测宇宙存在多少个星系?至少有2万亿个。每个星系平均拥有1千亿颗恒星。很难想像,这么多的星系,这么多的恒星,以及各种天体加起来,竟然只占宇宙总量的一小部分。更难想像,科学家一直以来都在孜孜不倦地寻找着,并用不断获得的新发现填补着空白,但宇宙的大部分质量却依然不知去向。

给宇宙称重是件麻烦事。虽然有很多办法,但结果总是和预期不符。我们知道宇宙总量的5%是物质,27%是暗物质,还有68%是导致宇宙加速膨胀的暗能量。但我们其实不知道暗物质和暗能量是什么,以及从何而来。我们只是看到了它们造成的结果。我们看到了暗物质带来的效应,发现它们具有某些特性,却依然没有直接发现它,哪怕一个粒子。我们只能假设它们和电磁波不发生任何形式的交互。

由暗物质构成的宇宙蛛网(模拟图),及其在大尺度上形成的结构。宇宙中的物质总量只占宇宙总质量的1/6,其余5/6质量由暗物质提供。The Millenium Simulation

不只是暗物质,其实我们连物质都没有找全。物质,亦称普通物质或常规物质,最常见的就是那些组成原子核的质子和中子。它们能够和电磁波进行交互。物质虽然只占宇宙总量的5%,但它们总量中的90%却难觅其踪。原因可能是它们不发光或者虽然发光却十分昏暗。

科学家并不是没有理论来描述这些物质的去向。它们中有一些可能正游荡在星系外部那浩瀚无垠的空间里。

随着自身的膨胀和内部各处引力强度的差异,一个近乎完美统一的原始宇宙,变成了这样一片交织的蛛网。这个蛛网中既有物质,也隐藏着暗物质。西华盛顿大学

暗物质理论认为,唯一会对物质和暗物质同时发生作用的是引力。在引力的作用下,暗物质会在大尺度的宇宙中形成纤维状结构(蛛网)。随后物质便如同人的肌肉一样,依附在暗物质的骨架上。但是也有一些没有转化成恒星或其它天体,而是游荡在星系之间。

当宇宙史上第一批恒星产生的高能辐射到达星系之间时,对暗物质毫无影响,却会对物质产生冲击。此时中性的原子早已形成,炽热的紫外线到达后,踢飞了它们周围的电子,星系之间因此出现了大片等离子体,这些东西也就是所谓的“温热星系际介质(WHIM)”。

宇宙的蛛网结构是在暗物质的驱动下形成的。这些蛛网存在于大尺度上,而那些依附于此的较小结构,比如星系和星系团,则是经由物质的坍缩形成的。现在科学家发现的,则是一些未形成恒星和星系的物质,它们也沿着宇宙蛛网分布。Ralf Kaehler / Oliver Hahn / Tom Abel

“温热星系际介质(WHIM)”的密度极低,温度却高得惊人——10万K(温暖?)至1000万K(炽热?)。但是一直以来,因为技术的限制,它们的存在都没有得到确认。

直到最近,两支分别由Anna de Graaff和Hideki Tanimura带领的独立科研小组,通过相同的方法,利用所谓的“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应”,检测到了足够多的“温热星系际介质”,进而证明了这些物质确实存在。“温热星系际介质”的聚集之处,浓度比宇宙平均值大约要高6倍。

我们终于又找回了一部分失落的宇宙,宇宙的体重终于又正常了一些。但这点质量依然是微不足道的,还不够塞牙缝。宇宙总量的95%依然神秘莫测,5%的物质中也依然有大部分没有找全。

尽管如此,这些高温等离子体还是能够在一定程度上为我们指明方向。因为它们就是随暗物质纤维而分布的。假如没有暗物质存在,引力的较强区域就不会出现,它们也就不会在那里。

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