三大現(xiàn)象將揭開暗物質(zhì)的神秘面紗!揭秘暗物質(zhì)本質(zhì)

美國天文學(xué)家維拉·魯賓(Vera Rubin)憑借觀測到星系內(nèi)部恒星運動軌跡的現(xiàn)象,提出暗物質(zhì)存在的第一個重大證據(jù)

關(guān)于暗物質(zhì)本質(zhì)的一個假說提到,一些暗物質(zhì)可能具有自相互作用,這意味著獨特的粒子會與另一粒子產(chǎn)生輕微的相互作用。

三大現(xiàn)象將揭開暗物質(zhì)的神秘面紗!揭秘暗物質(zhì)本質(zhì)

星系團(tuán)SMACS J0723.3-7327是詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)正在進(jìn)行各種引力透鏡測量的其中一組星系團(tuán)。

20世紀(jì)70年代,美國天文學(xué)家維拉·魯賓(Vera Rubin)憑借觀測到星系內(nèi)部恒星運動軌跡的現(xiàn)象,提出暗物質(zhì)存在的第一個重大證據(jù)。簡而言之,很多星系旋轉(zhuǎn)得很快。如果把一個星系中我們可以看見的所有物質(zhì)加起來,那完全沒有足夠的引力可以抓住在快速軌道上轉(zhuǎn)動的恒星。因而,必定存在我們看不見的物質(zhì),即暗物質(zhì)。

同樣,由于自相互作用的暗物質(zhì)聚集方式和無自相互作用的物質(zhì)有所不同,這可能會改變自轉(zhuǎn)曲線(恒星在不同星系軌道上的速度曲線圖)。在數(shù)十億年的生命周期里,物質(zhì)不斷地降落在臨近的星系上。換句話說,每一個星系都是遨游在物質(zhì)的海洋中。物質(zhì)包含常規(guī)物質(zhì)和暗物質(zhì)。當(dāng)暗物質(zhì)與自身相互作用時,星系中暗物質(zhì)會稍微吸引一些常規(guī)物質(zhì)(因為常規(guī)物質(zhì)可以游走于臨近的各種物質(zhì)之間)。

而這會讓星系擁有兩個偏置核心:一個由常規(guī)物質(zhì)組成,另一個由暗物質(zhì)組成。偏置核心會引發(fā)星系潮汐擾動,甚至引發(fā)盤星系翹曲。未來對各星系進(jìn)行更加精細(xì)的觀測,可能會揭露其中的翹曲情況,但只有自相互作用的暗物質(zhì)能解釋翹曲的現(xiàn)象。

當(dāng)大型星系團(tuán)合并時,天文學(xué)家通過研究星系殘骸,了解星系內(nèi)部包含何物。例如,著名的子彈星系團(tuán)顯示了兩個星系團(tuán)合并所發(fā)生的情況:恒星和暗物質(zhì)(由引力透鏡測量)完好無損地穿過彼此,然而所有星系團(tuán)中的松散氣體在碰撞中心猛烈撞擊。

暗物質(zhì)位于恒星系統(tǒng)邊緣的說法告訴我們,暗物質(zhì)不總是自相互作用,否則,暗物質(zhì)會和氣體一起被卷入碰撞中心。子彈星系團(tuán)和其他像子彈星系團(tuán)的星系團(tuán)令天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn),人類能夠限制暗物質(zhì)自相互作用的強(qiáng)度。如果觀測得當(dāng),更多觀測研究會得出更準(zhǔn)確的限制條件,甚至是更加積極的證據(jù),證明自相互作用的暗物質(zhì)的確存在。

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