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  • 暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    20世纪30年代,我们注意到星系团中的单个星系移动太快,无法用星光引力来解释。

    20世纪70年代,我们注意到星系旋转不一致,恒星和气体占据了它们所有的质量。

    而2005年,我们注意到了这一点。

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    图片来源:X射线:NASA / CXC / CfA / M.Markevitch等;镜头图:NASA / STScI;ESO WFI;... [+]

    当两个星系团碰撞时,单个的星系会穿过彼此,就像两发从远处射向彼此的鸟弹。

    图片来源:NASA,ESA,CXC,M。Bradac(加利福尼亚大学圣巴巴拉分校)和S. Allen ... [+]

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    不发光的气体会变热,发出X射线(以粉色显示)。

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    图片来源:X射线(NASA / CXC / IfA / C。Ma等);光学(NASA / STScI / IfA / C。Ma等)。

    但是,由引力透镜数据(蓝色)重建的暗物质应该没有碰撞或自我交互作用,不受阻碍地通过,

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    图片来源:X射线:NASA / CXC / ITA / INAF / J.Merten等人,镜头:NASA / STScI;NAOJ / Subaru;ESO / VLT,... [+]

    暗物质与正常物质的分离表明,我们习惯的物质——质子、中子和电子——并不构成大部分宇宙的质量!

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    图片来源:X射线:NASA / CXC /汉堡大学/ F。de Gasperin等;光学:SDSS;电台:NRAO / VLA。

    相反,我们观察到的每一组碰撞星系都显示出总质量与发光气体的分离。

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    图片来源:X射线:NASA / CXC / UCDavis / W.Dawson等;光学:NASA / STScI / UCDavis / W.Dawson等。

    这对于最小的组是正确的,比如子弹组,SL2S J08544-0121,

    暗物质的秘密被揭开,归功于星系团,为什么?

    图片来源:ESA / XMM-Newton / F。Gastaldello(INAF / IASF,意大利米兰)/ CFHTLS。

    到已知最大的碰撞星群El Gordo, ACT-CL J0102-4915。

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    图片来源:NASA,ESA,J。Jee(加利福尼亚大学戴维斯分校),J。Hughes(罗格斯大学大学),F 。... [+]

    每一种都有自己独特的历史,但都体现了相同的事:暗物质是真实的,它们无处不在,而且神秘壮观。

    相关知识

    交互作用星系是互相之间交互作用的星系。假如两个或者多个星系碰撞或者靠近得太近,它们之间会发生交互作用,其结果可能是交互作用的星系合并或者形成特殊的形状和排列。所有交互作用星系的共同特征是它们之间的交互作用激发星系内的活动,以及本来星系内部的自转抵消引力,导致收缩的平衡受到交互作用干扰。

    一般星系合并(尤其是原星系的合并)发生在宇宙中星系比较密集,它们之间的相互速度比较慢的地方。假如相撞的两个星系之间的速度比较高,它们往往会互相穿过对方,有时星系也会在近距离交错而过。椭圆星系往往是盘状星系(尤其是螺旋星系)合并形成的。今天的星系当中只有1-2%的星系还在合并过程中,天文观察似乎证明在大爆炸后约十亿年后当时很多矮星系互相之间合并。

    在宇宙学中,暗物质(英语:Dark matter),是指无法透过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。

    现代天文学经由引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。而根据ΛCDM模型,由普朗克卫星探测的数据得到:整个宇宙的构成中,常规物质(即重子物质)占4.9%,而暗物质则占26.8%,还有68.3%是暗能量(质能等价)。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性(inconsistency),对结构形成也非常关键。暗物质很有可能是一种(或几种)粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。对暗物质(和暗能量)的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。

    2015年11月,NASA喷射推进实验室的科学家盖瑞‧普里兹奥(Gary Prézeau)以ΛCDM模型模拟银河系内暗物质流过地球与木星等行星的情形,发现这会使该暗物质流的密度明显上升(地球:{//displaystyle 10^{7}}10^{7}倍、木星:{//displaystyle 10^{8}}10^{8}倍),并呈现毛发状的向外辐射分布结构。

    作者: Ethan Siegel

    FY: 大野今日子

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