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暗物質被發現了?事實上我們只是找回了部分物質而已

科學家一直以來都在孜孜不倦地尋找著,並用不斷獲得的新發現填補著空白,但宇宙的大部分質量卻依然不知去向。?

暗物質被發現了?事實上我們只是找回了部分物質而已

這是一片極度深空。從中我們可以看到從紫外線到可見光,再到紅外線各個波段上的神奇影像。但我們看到的只是由物質構成的恆星發出的光,其餘佔壓倒性多數的物質都不包括在內。NASA / 哈勃太空望遠鏡

可觀測宇宙存在多少個星系?至少有2萬億個。每個星系平均擁有1千億顆恆星。很難想像,這麼多的星系,這麼多的恆星,以及各種天體加起來,竟然只佔宇宙總量的一小部分。更難想像,科學家一直以來都在孜孜不倦地尋找著,並用不斷獲得的新發現填補著空白,但宇宙的大部分質量卻依然不知去向。

給宇宙稱重是件麻煩事。雖然有很多辦法,但結果總是和預期不符。我們知道宇宙總量的5%是物質,27%是暗物質,還有68%是導致宇宙加速膨脹的暗能量。但我們其實不知道暗物質和暗能量是什麼,以及從何而來。我們只是看到了它們造成的結果。我們看到了暗物質帶來的效應,發現它們具有某些特性,卻依然沒有直接發現它,哪怕一個粒子。我們只能假設它們和電磁波不發生任何形式的交互。

暗物質被發現了?事實上我們只是找回了部分物質而已

由暗物質構成的宇宙蛛網(模擬圖),及其在大尺度上形成的結構。宇宙中的物質總量只佔宇宙總質量的1/6,其餘5/6質量由暗物質提供。The Millenium Simulation

不只是暗物質,其實我們連物質都沒有找全。物質,亦稱普通物質或常規物質,最常見的就是那些組成原子核的質子和中子。它們能夠和電磁波進行交互。物質雖然只佔宇宙總量的5%,但它們總量中的90%卻難覓其蹤。原因可能是它們不發光或者雖然發光卻十分昏暗。

科學家並不是沒有理論來描述這些物質的去向。它們中有一些可能正遊盪在星系外部那浩瀚無垠的空間里。

暗物質被發現了?事實上我們只是找回了部分物質而已

隨著自身的膨脹和內部各處引力強度的差異,一個近乎完美統一的原始宇宙,變成了這樣一片交織的蛛網。這個蛛網中既有物質,也隱藏著暗物質。西華盛頓大學

暗物質理論認為,唯一會對物質和暗物質同時發生作用的是引力。在引力的作用下,暗物質會在大尺度的宇宙中形成纖維狀結構(蛛網)。隨後物質便如同人的肌肉一樣,依附在暗物質的骨架上。但是也有一些沒有轉化成恆星或其它天體,而是遊盪在星系之間。

當宇宙史上第一批恆星產生的高能輻射到達星系之間時,對暗物質毫無影響,卻會對物質產生衝擊。此時中性的原子早已形成,熾熱的紫外線到達後,踢飛了它們周圍的電子,星系之間因此出現了大片等離子體,這些東西也就是所謂的「溫熱星系際介質(WHIM)」。

暗物質被發現了?事實上我們只是找回了部分物質而已

宇宙的蛛網結構是在暗物質的驅動下形成的。這些蛛網存在於大尺度上,而那些依附於此的較小結構,比如星系和星系團,則是經由物質的坍縮形成的。現在科學家發現的,則是一些未形成恆星和星系的物質,它們也沿著宇宙蛛網分布。Ralf Kaehler / Oliver Hahn / Tom Abel

「溫熱星系際介質(WHIM)」的密度極低,溫度卻高得驚人——10萬K(溫暖?)至1000萬K(熾熱?)。但是一直以來,因為技術的限制,它們的存在都沒有得到確認。

直到最近,兩支分別由Anna de Graaff和Hideki Tanimura帶領的獨立科研小組,通過相同的方法,利用所謂的「蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應」,檢測到了足夠多的「溫熱星系際介質」,進而證明了這些物質確實存在。「溫熱星系際介質」的聚集之處,濃度比宇宙平均值大約要高6倍。

?我們終於又找回了一部分失落的宇宙,宇宙的體重終於又正常了一些。但這點質量依然是微不足道的,還不夠塞牙縫。宇宙總量的95%依然神秘莫測,5%的物質中也依然有大部分沒有找全。

?儘管如此,這些高溫等離子體還是能夠在一定程度上為我們指明方向。因為它們就是隨暗物質纖維而分布的。假如沒有暗物質存在,引力的較強區域就不會出現,它們也就不會在那裡。

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