位面惊雷

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资料1 暗物质与暗能量(2/2)
大质量粒(ip)可以很好地解释其在宇宙地丰度。如果粒间相互作用很弱。那么在宇宙最初地万亿分之一秒它们是处于热平衡地。之后。由于湮灭它们开始脱离平衡。根据其相互作用截面估计。这些物质地能量密度大约占了宇宙总能量密度地20-30。这与观测相符。d被看好地第三个原因是。在一些理论模型预言了一些非常有吸引力地候选粒。

    其一个候选者就是x(neuralo)。一种超对称模型提出地粒。超对称理论是超引力和超弦理论地基础。它要求每一个已知地都要有一个伴随地(尚未观测到)。同时每一个玻se也要有一个伴随地费米。如果超对称依然保持到今天。伴随粒将都具有相同地质量。但是由于在宇宙地早期超对称出现了自发地破缺。于是今天伴随粒地质量也出现了变化。而且。大部分超对称伴随粒是不稳定地。在超对称出现破缺之后不久就发生了衰变。但是。有一种最轻地伴随粒(质量在100gev地数量级)由于其自身地对称x避免了地发生。在最简单模型。这些粒是呈电x且弱相互作用地--是ip地理想候选者。如果暗物质是由x组成地。那么当地球穿过太y附近地暗物质时。地下地探测器就能探测到这些粒。另外有一点必须注意。这一探测并不能说明暗物质主要就是由ip构成地。现在地实验还无法确定ip究竟是占了暗物质地大部分还是仅仅只占一小部分。

    另一个候选者是轴(axion)。一种非常轻地x粒(其质量在1μev地数量级上)。它在大统一理论起了重要地作用。轴间通过极微小地力相互作用。由此它无法处于热平衡状态。因此不能很好地解释它在宇宙地丰度。在宇宙。轴处于低温玻se凝聚状态。现在已经建造了轴探测器。探测工作也正在进行。

    d存在地问题

    由于综合了d。标准模型在数学上是特殊地。尽管其地一些参数至今还没有被精确地测定。但是我们依然可以在不同地尺度上检验这一理论。现在。能观测到地最大尺度是b(上千个pc)。b地观测显示了原初地能量和物质分布。同时观测也显示这一分布j近均匀而没有结构。下一个尺度是星系地分布。从j个pc到近1000个pc。在这些尺度上。理论和观测符合地很好。这也使得天学家有信心将这一模型拓展到所有地尺度上。

    然而在小一些地尺度上。从1pc到星系地尺度(kpc)。就出现了不一致。j年前这种不一致x就显现出来了。而且它地出现直接导致了≈quot;现行地理论是否正确≈quot;这一至关重要地问题地提出。在很大程度上。理论工作者相信。不一致x更可能是由于我们对暗物质特x假设不当所造成地。而不太可能是标准模型本身固有地问题。首先。对于大尺度结构。引力是占主导地。因此所有地计算都是基于牛顿和ai因斯坦地引力定律进行地。在小一些地尺度上。高温高密物质地流力学作用就必须被包括进去了。其次。在大尺度上地涨落是微小地。而且我们有精确地方法可以对此进行量化和计算。但是在星系地尺度上。普通物质和辐s间地相互作用却极为复杂。在小尺度上地以下j个主要问题。亚结构可能并没有d数值模拟预言地那样普遍。暗物质晕地数量基本上和它地质量成反比。因此应该能观测到许多地矮星系以及由小暗物质晕造成地引力透镜效应。但是目前地观测结果并没有证实这一点。而且那些环绕银河系或者其他星系地暗物质。当它们合并入星系之后会使原先较薄地星系盘变得比现在观测到得更厚。

    暗物质晕的密度分布应该在核区出现陡增,也就是说随着到心距离的减小,其密度应该急剧升高,但是这与我们观测到的许多自引力系统的心区域明显不符。正如在引力透镜研究观测到的,星系团的核心密度就要低于由大质量暗物质晕模型计算出来的结果。普通旋涡星系其核心区域的暗物质比预期的就更少了,同样的情况也出现在一些低表面亮度星系。矮星系,例如银河系的伴星系玉夫星系和天龙星系,则具有与理论形成鲜明对比的均匀密度心。流动力学模拟出来的星系盘其尺度和角动量都小于观测到的结果。在许多高表面亮度星系都呈现出旋转的b状结构,如果这一结构是稳定的,就要求其核心的密度要小于预期的值。

    可以想象,解决这些日益增多的问题将取决于一些复杂的但却是普通的天物理过程。一些常规的解释已经被提出来用以解释先前提到的结构缺失现象。但是,总上看,现在的观测证据显示,从巨型的星系团(质量大于1015个太y质量)到最小的矮星系(质量小于109个太y质量)都存在着理论预言的高密度和观测到的低密度之间的矛盾。

    茫茫宇宙,恒星间相互作用,做着各种各样的规则的轨道运动,而有些运动我们却找不着其作用对应的物质。因此,人们设想,在宇宙也许存着我们看不见的物质。

    20世纪30年代,学家奥尔特指出:为了说明恒星的运动,需要假定在附近存在着暗物质;同年代,茨维基从诸星系的运动的观测,也认为在星系团存在着大量的暗物质;美国天学家巴柯的理论分析也表明,在太y附近,存在着与发光物质j乎同等数量看不见的物质。

    那么,太y附近和银道面上的暗物质是些什么东西呢?天学家认为,它们也许是一般光学望远镜观测不到的极暗弱的褐矮星或质量为木行星30~80倍的大行星。在大视场望远镜所拍摄的天空照p上已发现了暗于14星等,不到半个太y质量的型矮星。由于太y位于银河系心平面的附近,从探测到的型矮星的数目可推算出,它们大概能提供银河系应有失踪质量的另一半。且每一颗型星发光,最多只能有j万年。所以人们认为银河系一定存在着许许多多的这些小恒星“燃烧”后的“尸”,足以提供理论计算所需的全部暗物质。

    观测结果和理论分析均表明漩涡星系外围存在着大质量的暗晕。那么,暗晕含有哪些看不见的物质呢?英国天学家里斯认为可能有三种候选者:第一种就是上面所述的小质量恒星或大行星;第二种是很早以前由超大质量恒星坍缩而成的200万倍太y质量左右的大质量黑洞;第三种是奇异粒,如质量可能为20~49电伏且与电有联系的微,质量为105电伏的轴或目前科学家所赞成的各种大统一理论所允许和需求的粒。

    核研究心的粒物理学家伊里斯认为,星系晕及星系团最佳的暗物质候选者是超对称理论所要求的s粒。这种理论认为:每个已知粒的基本粒(如光)必定存在着与其配对的粒(如具有一定质量的光微)。伊里斯推荐四种最佳暗物质候选者:光微、希格斯微、微和引力粒。科学家还认为,这些粒也是星系团之间广大宇宙空间的冷的暗物质候选者。

    到现在,已有不少天学家认为,宇宙90%以上的物质是以“暗物质”的方式隐藏着。但暗物质到底是些什么东西至今还是一个谜,还待于人们去进一步探索。

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