暗物质是什么？
暗物质是一种神秘的物质，它不与任何形式的电磁辐射（即光）相互作用。它不会辐射光，光也不会反射回来。尽管我们从未直接探测到暗物质，但大量证据证明了它的存在。
暗物质存在的证据
弗里兹·扎维奇于20世纪30年代首次提出这个想法，当时他正在观察附近众多的彗发星系团。通过观察这些星系发出的光，扎维奇估计了星团的总质量。但当他测量星系速度时，扎维奇发现它们移动得太快了，星系团本来应该已经分裂了，可相比之下，它质量引力太小不够支持星系团的分裂。
扎维奇似乎不太可能在分崩离析中抓住这一集群。相反，其他星系不可观测的物质，却对星系团总质量做出了巨大贡献，并将其聚集起来。兹维奇认为，这里一定有某种看不见的物质在起作用，这种物质产生了可观察到的引力效应，但却不像正常物质那样进行辐射。
进一步证明暗物质存在，是来自单个星系的旋转曲线，这些曲线将恒星绕其星系中心运行的速度与恒星距星系中心的距离进行比较。外围轨道上的恒星速度运行极快，它不应受星系的束缚，然而事实就是如此。如果我们对引力的理解是正确的，那么只有银晕中存在无法观测的质量源时，才能解释这些恒星拥有如此之快的速度。
星系团阿贝尔1689中的暗物质浓度呈蓝色。天文学家通过引力透镜确定了这些浓度的位置。
美国宇航局，欧洲航天局，公共操作环境系（美国宇航局 喷气推进实验室/加利福尼亚理工学院以及太空望远镜科学研究所）
宇宙学家也怀疑过，暗物质的存在是由于引力透镜效应。来自遥远星系的光传向地球时，它必须经过其他宇宙结构，如星系团。而光通过这样的星系团时，星系团强大的引力场就会像一个透镜，弯曲并放大遥远星系的光。背景星系的图像可能会被涂抹成一个弧、一个光环，或者分离成多个图像。因为扭曲程度取决于前景星系团的质量，天文学家可以使用这种引力透镜来测量附近星系团的质量。而且，测量到的质量总是远远超过星系团预期发射的光。
宇宙微波背景的波动，是大爆炸遗留下来的辐射，这为暗物质的存在，提供了进一步的证据。宇宙学家可以利用这些波动，来计算宇宙的密度和成分。欧空局普朗克航天器观测的计算结果表明，原子只占宇宙总能量和总质量的4.9%。此外，普通物质只占宇宙中所有物质（常规物质和暗物质）的1/6。所以暗物质一定占宇宙总质量和总能量的27%。
图解：宇宙微波背景辐射图
除此之外，对宇宙大尺度结构的模拟，只有在包含暗物质的情况下，才与观测结果相匹配。没有暗物质的模拟，不会产生宇宙中所看到的星系团“宇宙网”的丝状体和空洞结构。
暗物质的性质
暗物质的性质仍然悬而未决。在最广泛研究的模型中，科学家们假设暗物质由弱相互作用的大质量粒子组成。这些亚原子粒子并不存在于粒子物理学的标准模型中，但是物理学家们在超对称模型的扩展中预测了它们的存在。WIMPs通过重力与正常物质相互作用，很少通过四种基本力之一的弱核力（其他三种是强核力、电磁力和引力）。
图解：弱核力（弱相互作用力）
目前，科学家们正试图使用地下矿井中的探测器直接找到WIMPs，或者通过粒子湮灭时发射的伽马射线间接地找到WIMPs。（后者要求WIMP粒子是它自己的反粒子,物质和反物质相互作用）然而，最近非探测数据，如来自勒克斯、低温暗物质搜寻计划以及大型强子对撞机的报道，科学家们已经研究了更加复杂的WIMP模型。
当然，还有一种可能是，我们目前对引力的理解（即爱因斯坦的广义相对论）迫切需要修改。到目前为止，广义相对论已经成功地通过了每一项测试，但仍有一些天文学家和物理学家正在研究引力的变化，例如修正牛顿动力学，看看他们是否能够否定暗物质的需求。
作者: skyandtelescope
FY: 小蜜蜂
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处
联系客服
