暗物質之謎

根據目前宇宙學的基礎理論，整個宇宙的70%由暗能量構成，25%由暗物質構成，只有5%由目前人類所能夠理解的「普通物質」構成。幾十年來，人們一直在探索暗物質的本質，可是直到現在暗物質對於人類來說仍然是一個謎。

荷蘭天文學家簡·奧爾特

自從20世紀30年代，荷蘭天文學家簡·奧爾特（Jan Hendrick Oort）和瑞士天文學家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）首次在天文學觀測中發現了「暗物質」，之後隨著「暗能量」的發現，人類對於宇宙的認識被徹底改變了。人類逐漸意識到，對於宇宙的構成，目前仍然知之甚少。根據目前宇宙學的基礎理論，整個宇宙的70%由暗能量構成，25%由暗物質構成，只有5%由目前人類所能夠理解的「普通物質」構成。幾十年來，人們一直在探索暗物質的本質，可是直到現在暗物質對於人類來說仍然是一個謎。

目前，人類也只能夠確定暗物質不是什麼。暗物質不是宇宙中可見星系的組成物質，不是反物質，不是黑洞，也不是目前人們所認知的任何物質。暗物質不吸收或是發射電磁輻射，也不參與強相互作用，因此人類通常所用的探測手段都無法探測到暗物質的存在。在人類已知的四種相互作用形式中，暗物質只參與引力與弱相互作用，因此人類在大多情況下都只能在太空觀測中通過暗物質的引力場對於光線的扭曲形成的「引力透鏡」作用來探知暗物質的位置、質量和其他性質。

如今宇宙學家們已經習慣了宇宙中暗物質的存在，同時在宇宙學的一些理論中也加入了暗物質的部分，但是因為人類對於暗物質的性質仍然知之甚少，現在人們對於暗物質的探測，常常會得出相互矛盾的結論。人類目前對於這種瀰漫在宇宙各處卻又顯得神秘莫測的物質仍然缺少有效的探測方法，只能在一種類似於盲人摸象的困境中緩慢前行。

2005年，來自阿雷西博天文台（Arecibo Observatory）和英國卡迪夫大學的科學家在觀測室女座星系團的氫氣輻射時，發現距離地球5000萬光年，質量是太陽100億倍的VIRGOHI21星系是一個主要由暗物質構成的星系，這個星系中氫氣只佔星系總質量的1%，星系剩餘的大部分質量都是由暗物質組成。這個暗物質星系的發現解決了科學家們的另外一個疑問，就是為什麼在VIRGOHI21星系旁邊的NGC4254星系向它的鄰居傾斜。在NGC4254星系的所有旋臂中，臨近VIRGOHI21星系的旋臂明顯長於其他幾個——現在科學家們明白了，這是由於暗物質星系的引力作用。他們的這一發現也被發表於《天體物理學期刊》（The Astrophysical Journal），而VIRGOH21星系則成為人類發現的第一個暗物質星系。對此，來自卡迪夫大學的科學家喬·戴維斯（JonDavis）說，「宇宙對於人類來說還有很多秘密沒有揭開，但是看起來人們已經開始明白怎樣正確認識宇宙」。

暗物質星系並非全都距離地球非常遙遠，在2011年，科學家們又發現了一個主要由暗物質組成的星系。這個距離地球26萬光年的星系就在銀河系的旁邊，屬於銀河系的衛星星系。這個質量相當於銀河系1%的衛星星系主要由暗物質構成，屬於銀河系第三大的衛星星系，而科學家們之所以直到2011年才發現它，是因為這個星系與形狀扁平的銀河系處於同一個平面上，不利於天文觀測。

這個銀河系邊緣暗物質星系的發現也引發了另一個宇宙學問題，根據現有的星系形成的理論，人類現在居住的銀河系是經過了數十億年的演化，由無數的小星系碰撞、合併而形成的。那麼，在銀河系周圍，應該圍繞著上萬個相比銀河系小得多的矮星系，可是直到現在為止人們也只在銀河系的周圍發現了幾十個矮星系，完全不符合星系形成理論。這個現象究竟是意味著現有的星系形成理論需要修改，還是銀河系周圍其餘的矮星系大多數都是由暗物質構成？這個問題只能通過科學家們在太空中繼續觀測，尋找銀河系邊緣的暗物質星系才能回答。

在宇宙中，暗物質與普通物質的分布有什麼規律？有些科學家認為，因為不參與電磁相互作用與強相互作用，因此，暗物質粒子可以在物質中隨意「穿行」，但是因為暗物質也參與引力作用，因此在宇宙中暗物質與普通物質會相互吸引，逐漸聚集，因此在宇宙中可見星系的位置正應該是暗物質聚集的區域。對此，科學家們的觀測結果彼此不同。兩組天文學家在分析據地球23億光年的Abell383星系團的暗物質分布時，得出了相反的結果。一組科學家認為，暗物質由於引力的作用聚集在星系團的中心；而另一組的科學家則認為，在星系團中心位置並沒有太多的暗物質存在。2012年3月，哈勃望遠鏡發回的數據顯示，宇宙中兩個星系團相互碰撞後，暗物質並沒有隨著其他發光物質一起運動，而是落在了後面，形成了一個「暗物質核心」，在這個核心周圍只有幾個小星系。
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