迄今为止，暗物质存在最有力的证据
此刻我们看到的这张图片是暗物质存在最好的证据了，是人们在2006年发现的，图中显示了两个星系团碰撞今后的场景，那为什么星系团的碰撞就可以让神秘的暗物质现身呢？且听我慢慢道来。
我们知道在宇宙中存在着数以千亿计的星系团，在小一些的星系团中一般有几百个当作员星系，大一点的星系团稀有千个当作员星系。
每个星系团的物质分布，跟单个星系的物质分布有点近似，中间区域的星系可以或许密集一些，并且几乎都是大型椭圆星系，那么越往星系团的边缘，星系的分布越稀少，并且都是体量比力小的螺旋星系。
除了有星系以外，在星系团中还有两类物质，上节课我们已经说过了，一个是等离子体，也叫暖热星系际介质，一类叫中性气体，也叫冷星系际介质。
它们大量地弥散在星系团的内部，也就是星系之间，总的质量比恒星物质大了7倍感化，是星系团中本家儿要的引力源。
若是我们此刻认可，在星系团中还有5倍于通俗物质的暗物质的话，这些暗物质不仅会弥散在星系的四周，它们也会弥散在星系团的四周，而且会环绕着星系团形当作一个庞大的暗物质晕轮。
此刻我们看到的是这张照片是哈勃太空千里镜拍摄到的四个星系团，经由过程可见光我们就能知道星系团中发光物质的分布环境，然后我们经由过程引力微透镜就能知道星系团的引力分布环境，若是我们认为星系团中有5倍于通俗物质的暗物质，那么我们就可以或许知道暗物质的分布环境，图中粉红色的区域就是星系团四周弥散的暗物质晕，要比星系团大了良多。
假如此刻我们让两个星系团发生碰撞，您感觉会发生啥事？我感觉要考虑三个方面的身分，星系团中的恒星物质、星系团中的气体物质，星系团中的暗物质。
先说恒星物质，恒星存在于星系傍边，一般我们看到的星系是这样的，感受星系中的物质半斤八两的浓密，如果星系发生了碰撞，此中所有的物质必定城市搅在一路，酿成一锅粥。
其实并不是这样的，恒星固然很大，平均来说直径有1000万公里，但星系更大，好比银河系直径10万光年，就算是银河系中有2000亿颗恒星，那它们的分布也长短常稀少的，好比距离太阳比来的恒星也足有4光年。所以恒星跟它们之间的距离比起来的确就像是一颗尘埃一样。
是以就算是两个星系直直地撞在一路，此中大部门的恒星都不会发生碰撞，而是会互相从它们的空间中穿过，只有少量的恒星会装在一路。
那么星系团也一样，若是一个星系团中稀有千个星系，假如星系团相撞的话，由他的标准也很大，所以也只有很少很少的星系会撞在一路，绝大部门的星系城市息事宁人的擦肩而过。
这就比如两小我拿着霰弹枪对射一样，射出来的枪弹绝大部门城市互相穿过，只有极小的几率枪弹碎片会撞在一路。
总结起来就是，如果两个星系团相撞的话，此中恒星物质不会发生彼此感化，会很轻易地穿过对方。
接下来我们说，满盈在星系团四周和内部的气体，很轻易可以或许想到，气体物质包罗等离子体在内，跟稀少的恒星物质必定纷歧样，即负气体物质很稀薄，当两个星系团高速相撞的时辰，此中的气体味发生充实的彼此感化，会将动能转化为热能，而且释放出强烈的X射线。
所以，当星系团相撞今后，我们就可以在X射线波段看到，星系团中的气体物质会较着的滞后于恒星物质的活动。
最后我们说下暗物质，暗物质跟气体物质一样，也是大量地弥散在星系团的内部和四周，当然它们要比气体物质的分布加倍普遍，区别在于当两个星系团相撞的时辰，暗物质和气体物质的表示纷歧样。
它们不会和通俗物质撞在一路，也不会和本身撞在一路，因为暗物质没有电磁彼此感化，是以两个星系团相撞今后，暗物质它不会升温，也不会发光，也不会减速。它们跟恒星物质一样，会加倍地轻松穿过对方。
此刻我们看到的图片就展示了粉红色的气体物质和蓝色的暗物质，在碰撞中的分歧表示，很较着可以看到因为气体物质的彼此感化，它们的活动会滞后暗物质。
正因为这个差别的存在，就可以让我们分辨星系团中是不是有暗物质存在，您看，是这样的，我们知道气体物质的质量比恒星物质大了7倍，暗物质的质量比所有通俗物质大了5倍。
那么若是暗物质不存在的话，星系团相撞今后，引力的本家儿要区域就跟气体物质的区域应该是一致的，若是暗物质存在，星系团碰撞今后，引力的本家儿要区域就会跟恒星的位置一致。
若是我们此刻在宇宙中可以或许找到方才发生碰撞不久的星系团，经由过程X射线不雅察，我们就能确定碰撞今后气体的物质，然后经由过程弱引力透镜，就能看出碰撞今后，引力的本家儿要区域在哪里。
若是两个位置一致，也就是气体云的位置就是引力的本家儿要位置，就申明没有暗物质，若是两个位置纷歧致，就申明存在不发生电磁彼此感化的暗物质。
其实找这个工具并不难，究竟结果宇宙的星系团数目良多，就是2006年的时辰，科学家就发现了一个方才发生碰撞不久的星系团，哨子弹星系团。
经由过程X射线不雅察，以及弱引力透镜的阐发，我们发现碰撞今后的枪弹星系团，它的本家儿要引力区域，跟气体位置发生了错位，因为我们就认为星系团中存在暗物质。
其实就是我们开篇看到的那张图片，此中分红的区域就是气体的位置，蓝色的区域就是引力集中的区域，可以看出，引力比力大的处所就是一些发光的恒星物质，可是物质的质量比气体小了良多，所以我们只能认为在恒星区域有我们看不到的暗物质，发生了庞大的引力。
所以说，这个发现就当作为了暗物质存在的最有力的证据了。那么在往后的成长中，我们也看到了其他星系团碰撞今后的环境，都有力的表白了，枪弹星系团的现象并非个例。
此刻我们看到的是四个星系团碰撞今后的环境，有些星系团碰撞的时候只有几亿年，有些是20亿年前发生的碰撞，都可以看到光学旌旗灯号和引力旌旗灯号呈现了位置误差。这样的例子还有良多，好比下面这些星系团。
每一个都申明了暗物质的真实存在，并不是人类的痴心妄想。所以接下来的问题是，暗物质到底是啥？它都具有哪些性质？为什么我们找不到它？
此刻我们认为暗物质是不存在于尺度模子中一种尚未被发现的新型粒子，它的性质其实跟中微子有点像，没有电磁彼此感化，没有强彼此感化，只有很弱的弱彼此感化和引力彼此感化。
在以前我们也把中微子看成了暗物质粒子的候选粒子，不外事实证实，中微子并不是暗物质粒子，固然它们的数目良多，跟微波布景辐射中光子的数目差不多，可是中微子的质量很小，我们知道今朝有三种类型的中微子，包罗电子中微子、μ子中微子、τ子中微子，我们不管这三种中微子它们的质量别离是几多，只要它们三个的质量加起来有11.2 eV。
那暗物质的问题就解决了，我们就可以认为，为星系供给额外引力的物质就是中微子，其实11.2 ev的质量并不高，您知道电子的质量是几多？51万 eV，这可是宇宙中第二轻的粒子。
所以说，我们对中微子的要求并不高，可是经由过程微波布景辐射以及中微子振荡，我们发现三种中微子的质量上限为0.18 eV，下限为0.06eV。
这差得很远，是以中微子不克不及诠释质量缺掉的问题。那中微子不可，尺度模子中的其他粒子更不可，它们不是具有电磁彼此感化，好比夸克和带电轻子，就是因为不不变，好比一些重玻色子，所以都不克不及称为暗物质的候选粒子。
是以我们必需假设一种新粒子，它们没有电磁彼此感化、有质量、不变、冷。这里说的冷的意思是，这种粒子的动能要远低于自身的静止质量，或者说，这种粒子的静止质量至少要大于电子的2%。
这就是我们所说的冷暗物质模子，在冷暗物质模子中，有两种类型的候选粒子，一种是弱彼此感化大质量粒子，简称WIMP，它们跟着大爆炸跟通俗物质一路降生 。
别的一种类型的粒子跟上面说的性质根基上一样，只不外降生的时候分歧，它们没有跟通俗物质一路降生，而是在宇宙降温的过程中，因为发生了力的对称性破缺，所以一些粒子就衰变发生了暗物质粒子。这种类型的粒子被称为轴子。
当然还有一些其他的暗物质模子，以及候选粒子。不外，到今天为止，我们依旧没有发现任何暗物质粒子存在的旌旗灯号，连一点蛛丝马迹都没有找到，但大量的证据又表白了宇宙中有质量缺掉。所以说，不出不测的话，暗物质还真就当作为了累宿世难解的谜题。
好了，今天的内容就到这里，除了暗物质这个难题以外，我们还有暗能量，这是我们下节课的内容。
