第158章 暗物质（2/2）

星系旋转曲线描述了漩涡星系中可见天体的环绕速度和其距离星系中心距离的关系。根据对漩涡星系中可见天体质量分布的观测以及万有引力定律的计算，靠外围的天体绕星系中心旋转的运动速度应当比靠中心的天体更慢。

然而对大量漩涡星系旋转曲线的测量表明，外围天体的运行速度与内部天体近乎相同，远高于预期。

这暗示着这些星系中存在着质量巨大的不可见的物质。结合位力定理，可以通过星系中可见天体的弥散速度分布计算出星系中的物质分布。

这种方法同样适用于测量椭圆星系和球状星团的物质分布。结果表明，除个别以外，大部分星系和星团的物质分布都与观测到的可见物质的分布不符，可见物质的质量仅占星系和星团总质量的较小部分。

星系团观测：

星系团的质量分布主要可以通过三种不同的手段得出：

1、观测星系团中的星系的运动，通过引力理论计算得到。

2、观测星系团产生的x-射线。星系团中普遍存在能发射出x-射线的炽热气体，当气体在星系团引力场中达到流体力学平衡后，可通过其温度推测出星系团的质量分布。

3、引力透镜（gravitational lensing）效应。根据广义相对论，来自星系团背后的光线经过大质量星系团时会发生弯折，这与光学中的透镜类似。可一根据背景光线的弯折程度，推算出星系团中物质的分布。这三种方法互不影响，相互佐证，使得星系团观测成为研究暗物质的重要手段。目前这些观测一致表明星系团中物质的总质量远超出其中可见物质的总质量。

宇宙微波背景辐射：

在宇宙尺度上，通过对宇宙中微波背景辐射（co**ic microwave background radiation）各向异性的精细观测，可以确定出宇宙中暗物质的总量。目前的观测表明宇宙总能量的26.8% 由暗物质贡献，构成天体和星际气体的常规物质只占4.9%，其余68.3%为推动宇宙加速膨胀的暗能量。

大型计算机对宇宙演化的n－体引力模拟显示，无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐步聚集成团，这一过程能形成我们今天看到的大尺度结构。这些结构的暗物质分布具备普适的质量分布。低速运动的暗物质有利于大尺度结构的形成。而高速运动的粒子趋向于抹平结构。因此不支持中微子作为主要的暗物质粒子候选者。

暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而目前对暗物质属性了解很少。目前已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：

1、 暗物质参与引力相互作用，所以应该是有质量的，但单个暗物质粒子的质量大小还不能确定；

2、 暗物质应是高度稳定的，由于在宇宙结构形成的不同阶段都存在暗物质的证据，暗物质应该在宇宙年龄（百亿年）时间尺度上是稳定的；

3、 暗物质基本不参与电磁相互作用，暗物质与光子的相互作用必须非常弱，以至于暗物质基本不发光；暗物质也基本不参与强相互作用，否则原初核合成的过程将会受到扰动，轻元素丰度将发生改变，将导致与当前的观测结果不一致。

4、通过计算机模拟宇宙大尺度结构形成得知，暗物质的运动速度应该是远低于光速，即“冷暗物质”，否则我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构;

综合这些基本属性。可以得出结论暗物质粒子不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。