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暗物质存在的证据

2015-11-27 Zwicky 原理

1933年,兹维基发现了星系团内的单个星系运动的太快了,星系间的可见物质产生的引力无法维系整个星系团,于是他预言了暗物质的存在。


1970年代,天文学家测量了星系中恒星的速度。根据理论预测,恒星的速度会增加到一个峰值,然后随着远离星系中心而逐渐减小。但结果表明星系边缘的恒星运动速度太快了,如果没有暗物质提供了额外的引力把这些恒星拉住,它们早该飞出去了。


直到2005年,我们看到了证据。



子弹星系团(NASA/CXC/CFA/M.Markevitch et al. 引力透镜和光学:NASA/STScI; ESO WFT; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.)


当两个星系团碰撞产生一个更大的星系团时,单个星系团会不受影响的彼此穿过,因为它们之间的间隙实在是太大了。



MACS J0025.4-1222星系团(NASA/ESA/CXC/M.Bradac &S.Allen)


星系团中的气体会加热并释放出大量的X射线辐射(粉红色)。



(X射线:NASA/CXC/IfA/C.Ma et al. 光学:NASA/STScI/IfA/C.Ma et al.)


通过引力透镜间接地探测到了星系团中不可见的暗物质(蓝色),它们毫无阻碍的穿过星系团,没有任何的碰撞或者自相互作用。



(X射线:NASA/CXC/ITA/INAF/J.Merten et al,透镜:NASA/STScI;NAOJ/Subaru; ESO/VLT,光学:NASA/STScI/R.Dupke)


暗物质在碰撞过程中暗物质从普通物质中分离,这表明我们常见的物质(比如光子、中子或电子)并不是宇宙中主要的物质成分。



(X射线:NASA/CXC/Univ of Hamburg/F.de Gasperin et al,光学:SDSS,射电:NRAO/VLA.)


我们观测到的所有星系团的碰撞都显示出这样的分离。



(X射线:NASA/CXC/UCDavis/W.Dawson et al. 光学:NASA/STScI/UCDavis/W.Dawson et al.)


这样的分离,我们在最小的星系团,比如子弹星系团,SL2SJ08544-0121中观测到,



(ESA/XMM-Newton/F.Gastaldello(INAF/IASF,Milano,Italy)/CFHTLS)


也在已知最大的星系团——大胖子星系团ACT-CL J0102-4915中观测到。



(NASA,ESA,J.Jee,J.Hughes,F.Menanteau,C.Sifon,R.Mandelbum,L.Barrientos, and K.Ng)


每一个星系团都有自己独特的历史,但是我们都看到了同样的事情:暗物质的存在。暗物质在宇宙中无处不在,是宇宙间最神秘的奇观。

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