我们通过对星系团进行大量的x光观测,确定总质量中有多少是以恒星、气体、尘埃以及其他已知物质(由质子、中子和电子组成)的形式存在的。每次的观测都得到了非常一致结果,观测到的数字在总质量的13-17%之间,但不会超过这个比例。
当然,这个观测结果比只计算恒星的质量多出5到7倍。但仍然不足以解释星系的总质量!这个结果已经很清楚的说明了,星系中有我们不知道的东西。这就是暗物质问题的来源!
再科学家往后所作了每一次不同的测量都支持这一结果:总质量的15-17%是有质子、中子和电子组成的正常物质(从此被称为重子)。但是非重子暗物质大约占总质量的83-85%,这样算下来就是正常重子物质的5倍了。
对于星系团来说,这个结果不仅可以通过单个星系的旋转速度和x光辐射得到证实,还可以通过引力透镜效应和引力红移得到证实。
物质的总量无法用单独的重子量做出解释。更重要的是,在星系中暗物质比恒星或气体分布的更加广泛,形成了一个巨大的暗物质晕。
就举个简单粒子,银河系半径5万光年,暗物质晕能延伸100万光年!现在理解什么叫巨大的暗物质晕!
如果你不放心,这里还有暗物质的其他证据
告诉我们宇宙中物质总量的不只是星系团本身,而且星系团也不是关于重子总量信息的唯一来源。
我们可以通过测量大爆炸后原子核合成轻元素的丰度来知道重子的总数。同样,我们得到的物质总量大约是重子总量的六倍。
我们可以测量和模拟宇宙的大尺度结构,我们再次发现模拟结果要与观测结果达成一致的话,唯一方法就是往模拟结构离加5倍的暗物质!
在模拟框架内,我们可以用各种不同的量来检验这个数字。当然,还有一个我们最最熟悉的。宇宙微波背景辐射的温度波动模式,或者宇宙大爆炸的残余辐射。这些微开尔文波动的规模和大小让我们能够仅仅根据物理定律来确定重子物质和暗物质的数量。再一次,我们发现宇宙中暗物质的总质量比重子物质的总质量为:5:1。
所以,每一项对暗物质敏感的测量都表明,它就在那里,等着我们去发现。
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