宇宙中真的有暗物質？ 有多少？

我們尋尋覓覓，它卻不見蹤跡…..

在太空中，大部分物質是肉眼不可見的，但可探測出它們對大型天體結構的影響。

該合成圖中顯示了暗物質、星系以及熱氣體在合併星系團艾貝爾520中心區域的分佈狀況，此星系團產生於一場大質量星系團間的猛烈碰撞。圖像中間，藍、綠光芒混合之處可見大部分熱氣體周圍存在暗物團塊，而此處星系寥寥無幾。[1-2]

圖源：美國國家航空航天局（NASA），歐洲空間局（ESA），加拿大-法國-夏威夷望遠鏡（CFHT），錢德拉X射線天文臺（CXO），M.J.傑 （M.J.Jee,美國加州大學戴維斯分校），A.馬赫達維（A.Mahadavi,美國舊金山州立大學）

暗物質爲何方神聖？

天文學家估計，宇宙中大約85%的物質屬於暗物質，剩下的15%爲普通物質。若把加速宇宙膨脹的暗能量計算在內，經歐洲核子研究組織預估，暗物質則佔據宇宙總質能的27%左右。

（據多次科研探究，目前普遍認爲宇宙由物質和能量構成，宇宙構成中大約70%是暗能量，其餘爲普通物質和暗物質。）

對於宇宙總物質質量多少、宇宙總物質質量與普通物質（又稱重子物質）質量間的比值關係，天文學家有不同的測量方法。最簡單的是對比兩種不同的測量結果。

第一種是測量大型天體結構所釋放光的總量，比如星系，以此可推斷該天體結構質量。

第二種則是根據維持大型天體結構穩定所需的引力來推斷其質量。天文學家將它們運用於整個宇宙中星系或星系團質量測量，綜合多次測量對比，均發現，普通發光物質的質量產生的引力不足以束縛這些發光物質。這無疑表明，當中存在不發光的物質，我們稱之爲暗物質。

（根據引力特性，簡單來說物體間都有相互吸引力，引力的大小與物體質量成正比，即質量越大引力越大；天體運行的速度與軌道半徑的平方根成反比，即半徑越大速度越小。然而實際的觀測對比結果顯示，外圍天體的運行速度未減小反倒比預期的大，而所在星系的質量產生的引力又不足以束縛它們，理論上也就意味着仍有其他看不見的物質在施加引力。）

而對於不同的星系，暗物質與普通物質的比例也不盡相同。有的星系幾乎不含暗物質，而有些幾乎沒有普通物質。但多次平均測量結果顯示，宇宙中大約85%的物質既不發光，也不與光相互作用。

衆裡尋它千百度，踏破鐵鞋無覓處？

儘管如此，天文學家仍有很多辦法證實暗物質的存在。舉個例子，大質量的天體結構能扭曲周圍的時空，譬如星系團，當光行經此處時會受其影響發生偏折，在另一端聚焦成像，這種現象叫做引力透鏡效應。通過該效應推測到的天體質量與我們直接看到發光天體的質量進行比較，發現實際產生引力的總物質質量遠遠多於會發光物質的量，結果再次表明，“遺失”的質量定潛伏在某處。

宇宙學家喬爾· 普里馬克（Joel Primack） 曾在一次演講中提到，暗物質能匯聚普通物質以使星系不斷增長。在計算機模擬技術協助下，可以模擬觀測大型天體結構的演變。數十億年前，我們的宇宙比如今要小得多，在此期間恆星和星系不斷演化，倘若僅僅依靠普通可見物質的作用，不足以形成如今我們所看到的星系。

宇宙學家還嘗試從宇宙誕生初期進行計算，最初的十幾分鍾裡，宇宙產生第一批質子和中子，根據核物理知識可以估算那個時期氫和氦的產量。這些計算結果能精確預估目前宇宙中氫和氦的比例。天體物理學家內德·賴特（Ned Wright）表示，他們還能預測宇宙中重子物質的數量上限，據此所推測的數據與現今星系和星系團的實際觀測結果相符。

慕然回首，心心念的暗物質真的存在嘛？

抑或是，在牛頓定律與愛因斯坦廣義相對論下，對暗物質存在的猜想可能有誤咧。或許引力理論仍不夠完善，天文學家嘗試不引入暗物質概念，僅對引力理論進行微調修正，調整後的引力理論雖然在個別情況中可以解釋此前基於暗物質存在猜想下的觀測結果，比如星系中恆星的運動，但調整後的引力理論仍無法很好地解釋宇宙中所有觀測現象。[3]

所有觀測數據傾向於暗物質是某種未知的粒子，它既不與光也不與普通物質相互作用，僅能間接地靠引力來推測其存在。天文學家認爲，數萬億顆暗物質粒子正時刻穿透着我們，只是我們感知不到罷了。

探索的旅途是充滿未知的，

期待科學家們有朝一日能掀開宇宙構成的神秘面紗。

相關知識

宇宙是由時間、空間、能量和物質（包括行星、恆星以及其他物質形式）組成的統一體。而宇宙是如何誕生髮展的，目前普遍爲人接受的觀點是大爆炸理論。根據該理論，時空始於大約138億年前的大爆炸，此後宇宙不斷膨脹。因此，整個宇宙的邊界是未知的，但能探測出可觀測宇宙的直徑，幾乎長達930億光年。

星系（galaxy）是由恆星、恆星殘骸、星際氣體、塵埃及暗物質在引力作用下匯聚而成的天體系統。Galaxy源於希臘文“galaxias (γαλαξίας)”，“牛奶”之意，包含太陽系在內的銀河系（the Milky Way galaxy ）也得名於此。

古希臘人仰望夜空中銀光閃閃的長河時，想象着定是有位天神把牛奶往某個方向潑灑，沾在天邊的牛奶便成了銀河。改編自《宇宙簡史（圖解版）》

圖源：nasa

星系規模大小不一，從數千萬顆恆星的矮星系，乃至規模大到上百萬億顆恆星的超巨型星系都有，平均每個星系大約存在1億多顆恆星，各自均環繞着其星系質量中心運行。在典型的星系中，暗物質佔據其絕大部分物質質量，而恆星與星雲這些肉眼可見的天體質量佔比極小。此外，絕大多數星系核心處也許存在着超大質量黑洞。

BY: Paul Sutter

FY: YMD裔凡

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