看不见的暗物质是如何被发现的?

发布网友发布时间：2022-05-18 17:05

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热心网友时间：2023-10-20 13:18

天文学家们是从20世纪30年代开始意识到宇宙中存在着看不见的暗物质。1933年，瑞士的天文学家弗里茨•兹威基（Fritz Zwicky）对距离地球3.2亿光年、由超过3000个星系组成的后发座星系团进行了观测。
他采用了两种不同的方法来测量星系团的质量。第一种方法是对大量星系的运动速度进行分析，因为速度与引力有关，所以可以间接估计出星系团的质量。用这个方法得到质量称为“力学质量”。另一种方法是通过星系团内星系的亮度来估计质量，因为恒星质量越大就越亮。这样得到的质量称为“光度质量”。按说力学质量和光度质量应该相近，然而实际得到的结果是，力学质量比光度质量高了400倍左右！也就是说，力学质量里的绝大部分是我们看不到（不发光）的物质。如果没有这部分“看不见的物质”的作用，那么这个星系团的引力就不足以将其中的星系像现在这样束缚在一起。
到了20世纪70年代，美国天文学家薇拉•鲁宾（Vera Rubin）使用基特峰天文台和洛厄尔天文台的望远镜对距离地球约250万光年的仙女座星系进行观测。她利用多普勒效应测量了这个星系不同半径处，围绕着星系中心旋转的气体的运动速度。按说，离中心越近，引力越大，运动速度应该越快才能产生足够的离心力，抵消掉引力的影响。就像离太阳越近的行星，公转速度就越大。但鲁宾也发现了奇怪的现象：离星系中心不同距离处的气体，围绕中心旋转的速度都差不多。她又观测了其他星系，发现也是同样的情况。鲁宾由此认为，宇宙中存在着我们看不到的物质，为弥散于星系各处的气体提供着引力。
20世纪80年代，科学家正式提出了“暗物质”这个名称。现在普遍认为，组成星系团的质量中，星系只占了百分之几，星系际介质约占20%，暗物质的比例则高达70%～80%。暗物质的所谓“看不见”，不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见，而是说不论探测什么波段的电磁波，比如红外线、紫外线、X射线、伽马射线等，都看不到它。也就是说，暗物质不发出任何波段的光。