暗物質是宇宙中理論上存在的一種不可見物質，可能是宇宙物質的的主要組成部分，但并不是構成可見天體的任何一種目前已知的物質。

1922年，天文學家卡普坦最先提出“暗物質”可能存在的說法，但當時沒有證據證明暗物質的存在。人們對暗物質的起源以及其他等等都是了解也不多。但是研究，不過暗物質仍是目前物理學和天體物理學一直無法解決的謎團。

暗物質有可能是宇宙物質的主要組成部分，科學家通過推算暗物質和暗能量占有宇宙總質量的大部分，它比宇宙中所有可以看到的星系，星團，恒星，各種行星加起來的總質量還要多。而我們想要探索宇宙，暗物質顯然是必須面對的一個問題，接下來我們來談論一下關于暗物質的事。

盡管到目前為止，科學家仍然沒有關于暗物質的直接觀測證據，但已經發現了大量的間接證據可以表明暗物質的存在。

一、星系自轉曲線的矛盾

按照牛頓的經典力學來分析，在一個星系當中，更靠近質心的恒星，其運動的速度應該是大于外層的恒星的，因為越靠近中心，就越需要更大的速度來克服引力的吸引。

然而在1959年，美國的天文學家薇拉·魯賓在觀測螺旋星系M33時，發現了它的轉動不遵循牛頓力學，理論上講，星系的自轉曲線應該符合下圖中的虛線：距離中心天體的距離越遠，平均軌道速度應該會按照質量的分布進行遞減。

而實際觀測到的數據則是圖中的實線，這就說明：内層的恒星運動速度和外層的運動速度幾乎是一緻的。

這也意味着星系的實際質量或許遠比我們看到的要多，于是她和她的同事推測：

星系的大部分質量或許存在于暗物質當中，并且暗物質存在的範圍要遠遠大于星系最外層的可見部分。

二、對星系和星系團質量的觀測

在天文方面，科學家通常會使用三種方法來計算得出星系的總質量。

一種是根據觀測星系的運動，通過對引力的計算得出，其次是根據廣義相對論中的引力透鏡效應，根據光線的彎折程度推算出星系團的質量分布。最後是通過觀測星系團放射出的X-射線來推測。

• 這裡順便解釋一下引力透鏡效應

由于大質量天體附近時空會發生扭曲，這樣就使得光線經過這些大質量天體附近時會發生彎曲。觀察者在合适的觀測點就會觀測到由于光線彎曲而形成的一個或多個像，這就被稱之為引力透鏡現象。

引力透鏡現象是天體物理中最重要的一種研究工具，通過引力透鏡效應的觀測就可以間接推算出宇宙空間中暗物質的分布情況，所以在宇宙學暗物質發揮着巨大的作用。

然而無論是哪一種方法，所計算出的星系質量都要遠大于可觀測的物質總質量。也就是說，星系的質量不僅包括可見物質，還包括更大一部分的不可見物質，後來人們也把這種不可見的物質叫做暗物質。

三、宇宙微波背景

宇宙微波背景輻射（簡稱CMB）是宇宙早期發展所遺留下來的輻射，它能很好的解釋宇宙的形成，而且是測量宇宙學的關鍵。

科學家通過對宇宙微波背景輻射的各向異性觀測發現，也再次表明暗物質對宇宙的總能量貢獻出了26.8%，同時還發現物質在本不應該的情況下進行了坍塌，而這正是由于暗物質大量聚集的結果，這也再次間接的印證了暗物質的存在。

以上的種種迹象，使得科學家必須假設暗物質的存在，才能夠合理的解釋：正是因為暗物質的存在為星系提供了額外的引力，盡管我們觀測不到它，但是它确實存在。

雖然科學家已經對暗物質進行了大量的觀測和研究，卻對它的内部結構沒有全面的了解。人類對宇宙進行觀測的方法無非就是電磁波，而電磁波檢測不到暗物質，那也就是說暗物質并不參與電磁作用。最後科學家總結出了目前已知的幾種屬性：

1.暗物質有質量，因為他參加了引力的相互作用

1.暗物質基本不參與電磁的相互作用和強相互作用

3.暗物質的運動速度遠遠低于光速。

冷暗物質、熱暗物質、溫暗物質。需要注意這裡的冷熱并不代表粒子的溫度上，而是指粒子的運動速度。

冷暗物質：在經典速度之下運動的粒子。

溫暗物質：粒子運動速度已經足以産生相對論效應。

熱暗物質：粒子速度接近光速運動。

冷暗物質

• 由于冷暗物質被讨論的最多，也更偏向主流的說法，這裡就着重講一下冷暗物質。

目前最主流的說法是“大質量弱相互作用粒子”（英文叫做Weakly Interacting Massive Particle，簡稱WIMP）這種粒子是人們沒有探測到過的一種新粒子，屬于冷暗物質的一種，粒子呈電中性，想要尋找這種粒子，目前隻能通過使用粒子加速器和高靈敏度的探測器來尋找。

還有一種主流說法是大質量緻密暈天體（MACHO，Massive Compact Halo Objects），比如黑洞、中子星以及白矮星或者不發光的星系等等。這時候我們可以設想一下，如果暗物質真的像黑洞或者中子星一樣的天體，我們可能早就被充滿宇宙的暗物質給吞噬掉了，所以這種說法我們也不需要在讨論了。

關于冷暗物質，我們知道它移動非常緩慢，并且不發生相互作用，所以暗物質存在于整個宇宙，甚至在地球上，從我們的身體當中穿過，我們也依然無法感覺到。

被暗物質包圍的地球

實際上暗物質的更直接的作用是體現在星系和星系團中的。正是因為暗物質和星系中可見物質的共同作用下，星系才能緊緊的聚集在一起，所以說星系的形成是離不開暗物質的幫助的。

在暗物質的理論下，很多無法理解的現象都成功的得到了解釋。

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結語

• 科學家通過長期以來的觀測和推斷，再加上種種現象似乎都在告訴我們：暗物質是存在的，而我們需要做的就是找出暗物質存在的直接證據。
• 暗物質對星系的形成有着重要的幫助，正是因為在暗物質的引力作用下，星系得聚集到一起。

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