宇宙暗物質(2 / 2)

促成宇宙結構的形成

不過,我們忽略了極為重要的一點,那就是正是暗物質促成了宇宙結構的形成,如果沒有暗物質就不會形成星係、恒星和行星,也就更談不上今天的人類了。宇宙盡管在極大的尺度上表現出均勻和各向同性,但是在小一些的尺度上則存在著恒星、星係、星係團、巨洞以及星係長城。而在大尺度上能夠促使物質運動的力就隻有引力了。但是均勻分布的物質不會產生引力,因此今天所有的宇宙結構必然源自於宇宙極早期物質分布的微小漲落,而這些漲落會在宇宙微波背景輻射(CMB)中留下痕跡。然而普通物質不可能通過其自身的漲落形成實質上的結構而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡,因為那時普通物質還沒有從輻射中脫耦出來。

不與輻射耦合的暗物質,其微小的漲落在普通物質脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質脫耦之後,已經成團的暗物質就開始吸引普通物質,進而形成了我們現在觀測到的結構。因此這需要一個初始的漲落,但是它的振幅非常非常的小。這裏需要的物質就是冷暗物質,由於它是無熱運動的非相對論性粒子而得名。

小擾動譜與其指數

在開始闡述這一模型的有效性之前,必須先交代一下其中最後一件重要的事情。對於先前提到的小擾動(漲落),為了預言其在不同波長上的引力效應,小擾動譜必須具有特殊的形態。為此,最初的密度漲落應該是標度無關的。

也就是說,如果我們把能量分布分解成一係列不同波長的正弦波之和,那麼所有正弦波的振幅都應該是相同的。暴漲理論的成功之處就在於它提供了很好的動力學出發機製來形成這樣一個標度無關的小擾動譜(其譜指數n=1)。WMAP的觀測結果證實了這一預言,其觀測到的結果為n=0.99±0.04。

但是如果我們不了解暗物質的性質,就不能說我們已經了解了宇宙。現在已經知道了兩種暗物質——中微子和黑洞。但是它們對暗物質總量的貢獻是非常微小的,暗物質中的絕大部分現在還不清楚。這裏我們將討論暗物質可能的候選者,由其導致的結構形成,以及我們如何綜合粒子探測器和天文觀測來揭示暗物質的性質。

最早提出證據並推斷暗物質存在的科學家是美國加州工學院的瑞士天文學家弗裏茨·茲威基。

2006年,美國天文學家利用錢德拉X射線望遠鏡對星係團1E 0657-56進行觀測,無意間觀測到星係碰撞的過程,星係團碰撞威力之猛使得黑暗物質與正常物質分開,因此發現了暗物質存在的直接證據。

拓展閱讀

暗物質的屬性。天文物理學家通過對暗物質的長期研究提出了以下屬性:一是宇宙星團暗物質的存在性,二是宇宙基本暗性粒子存在性,三是低溫無碰撞暗物質性,四是中性子,五是原質起源論,六是軸子理論,七是原質起源論,八是不一致性。

暗物質的屬性。天文物理學家通過對暗物質的長期研究提出了以下屬性:一是宇宙星團暗物質的存在性,二是宇宙基本暗性粒子存在性,三是低溫無碰撞暗物質性,四是中性子,五是原質起源論,六是軸子理論,七是原質起源論,八是不一致性。

拓展閱讀

伴星係:星係也和單個的星星類似,常常三五成群地聚在一起。與雙星、聚星和星團類似,我們稱他們為“雙重星係”、“星係群”和“星係團”。對於雙重星係,把較大的叫作主星係,較小的稱為伴星係。