我们知道暗物质的存在,因为尽管它不与光相互作用——因此得名——但它确实与正常物质相互作用,并对其产生引力效应。我们称之为正常物质,或发光物质,我们可以从理论上理解和观察到的一切:行星,恒星,甚至星际气体,还有我们自己,都是由正常物质组成的。我们非常了解这个物质,我们知道它是由粒子组成的,我们用粒子物理学的标准模型来解释。
这种引力相互作用的影响之一是暗物质可以改变由正常物质组成的物体的轨迹。我们对此有不同的证据,所有这些证据都告诉我们暗物质占宇宙物质的85%。我们有不同尺度的证据。例如,在银河系尺度上;同样在星系团的规模上,星系团是更大的结构因为星系团是由几十个或几百个星系组成的;在更大的宇宙尺度上。
第一个重要证据可以追溯到1977年,当时美国天文学家维拉·库珀·鲁宾(Vera Cooper Rubin)测量了一组螺旋星系中恒星旋转的速度。应用万有引力定律,人们会预期离中心越来越远的恒星的速度会降低,因为大多数正常物质都在星系的中心。但鲁宾看到的是,在远离中心的地方,速度保持不变。对此的唯一解释是,一定有其他我们看不见的物质,它们的质量是我们看到的物质的九倍。这是第一个无可辩驳地证明暗物质存在的证据。随后的测试也得出了同样的结果。这是星系证据的一个例子,最小的尺度。
星系团的证据集中在通过引力透镜效应测量物质。这种效应是基于这样一个事实:根据爱因斯坦的相对论,当光子(构成光的粒子)靠近一个大质量物体时,它们的路径会弯曲。所以,如果我们有一个用望远镜观察的光源,在光源和望远镜之间,有一个巨大的物体,你可以通过测量光线弯曲的程度来估计这个物体的质量。这就是在星系团中计算物质的方法。通过这种测量,我们发现只有20%的物质是发光的;其余的不发光,所以人们认为它们一定是暗物质。
在更大的尺度上也有证据,来自宇宙微波背景。这种辐射起源于宇宙40万年前——现在是138亿年——我们今天可以测量它。通过研究它,我们获得了宇宙中结构开始形成的时刻、光子开始自由传播的时刻以及宇宙微波背景辐射起源的时刻的信息。当这种辐射被测量时,只有当我们接受宇宙中有超过80%的暗物质时,它的特征才能得到适当的解释。
也就是说,所有这些证据在不同的尺度上用不同的方法预测暗物质,它们预测的暗物质数量是一样的。这就是为什么我们如此肯定暗物质的存在,即使我们还不知道它是什么。
他是马德里理论物理研究所(UAM-CSIC)的理论物理学博士,研究暗物质。这篇文章是Antoni Esteve博士基金会和L " oracim - unesco“投身科学的女性”项目赞助的一个项目的一部分,该项目旨在回答读者关于科学和技术的问题。这个问题是由Mariana psamez Pásaro发来的。