科学家如何发现存在暗物质 宇宙幽灵快现形了吗

新华社北京11月30日电(记者于飞)中国第一颗暗物质粒子探测卫星“悟空”用它的“金眼睛”帮助科学家们发现“隐形斗篷”中的神秘暗物质。最新一期《自然》杂志公布了悟空探测宇宙射线高能电子的结果。意外的信号是否来自暗物质仍然需要时间来给出答案。

科学家将宇宙比作一个由三部分组成的馅饼，由太阳、月亮、星星、生命和所有人类已知的普通物质组成，仅占宇宙的5%。超过95%的宇宙是暗物质(26.8%)和暗能量(68.3%)，人类尚未了解。宇宙的绝大部分是隐藏的，人类最难理解。

科学家把宇宙比作一个由三部分组成的馅饼。他是孟慧

科学家如何发现宇宙中的暗物质？

每时每刻，无数暗物质粒子穿过人体，但人体却毫无感觉。科学家如何知道宇宙中存在暗物质？

20世纪30年代，一位古怪但有敏锐洞察力的瑞士天体物理学家兹维奇发现了落后星系团的一些奇怪之处:尽管其中的星系似乎因重力而相互束缚，但从它们的高速运动来看，星系团将不可避免地分崩离析。然而，星团并没有解体。兹维奇指出，星系团中有大量看不见的神秘物质。然而，兹维奇关于暗物质的推断当时并没有引起注意。

没有暗物质的引力作用，星系就不会形成。他是孟慧

20世纪70年代，美国天文学家薇拉·鲁宾对螺旋星系的详细观察发现，远离星系中心的恒星旋转速度与靠近星系中心的恒星一样快，这意味着星系包含更多的物质，而那些不能直接看到但只能通过重力效应表达的物质是暗物质。

从那时起，科学家从星系、星系团、引力透镜效应和宇宙微波背景辐射的观测中获得的一系列天文证据逐渐使人们认识到暗物质的确存在。

科学家如何捕捉“宇宙幽灵”？

暗物质是如此神秘，以至于它不会发出光、电磁波、电磁相互作用，也不会被任何光学或电磁观测设备直接“看见”。那么，科学家如何探测暗物质呢？全世界大约有三种方法:

首先是直接探测暗物质粒子和普通原子核碰撞产生的信号。因为碰撞的概率很小，而且产生的信号很弱，为了屏蔽宇宙射线的干扰，在这个实验中探测器通常被放置在地下深处。目前，在不同的国家有许多这样的实验。其中，中国四川锦屏的地下实验室是目前世界上最深的暗物质实验室。

悟空在太空中寻找暗物质。他是孟慧

第二种是用对撞机来碰撞两个高能粒子束，也就是说，在加速器上“创造”暗物质粒子。虽然暗物质粒子不能被直接观察到，但它们肯定会带走能量，所以从失去的能量和分布可以推断出暗物质的一些性质。欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机正在做这个。

第三是寻找暗物质粒子相互碰撞和湮灭后产生的“二手”粒子。暗物质粒子的碰撞和湮灭将产生人类已知的普通物质粒子，如电子和伽马光子。如果科学家能够准确测量这些粒子的能谱，他们可能会发现暗物质留下的线索，并间接研究暗物质。

诺贝尔奖获得者丁肇中研制的阿尔法磁谱仪2号于2011年放置在国际空间站，日本的热量计电子望远镜于2015年放置，中国在2015年底发射的暗物质卫星悟空都属于第三种探测暗物质的方法。

中国科学院紫金山天文台副台长、暗物质卫星首席科学家常进表示，这三种方法相辅相成，相互验证。“如果我们在天空中发现一个暗物质粒子，并找出暗物质的质量，加速器实验和地下实验将会更加明确。”

宇宙的黑暗神秘

尽管科学家们还不知道暗物质实际上是由什么组成的，但通过观察它如何影响普通物质并模拟其重力效应，他们仍然对它有所了解:

1.暗物质是电中性的，因为它不吸收和辐射电磁波。

2.暗物质密度小，难以捕捉。

3.暗物质应该来自大爆炸。

4.暗物质的引力效应对宇宙结构的形成至关重要。暗物质播下了宇宙丝状结构的种子。

5.暗物质的分布可能是不均匀的，这将在星系周围形成密度不均匀的“光晕”。星系中心方向的暗物质密度通常较高。

6.神秘的暗物质是生命不可缺少的。没有暗物质的引力作用，星系就不会形成。那样的话，既没有太阳也没有地球，更不用说你和我了。

7.大多数物理学家认为暗物质可能是一些奇怪的粒子。国际科学界研究最多、粒子物理学家青睐的暗物质模型是“弱相互作用的大质量粒子”。

中国第一颗暗物质粒子探测卫星。他是孟慧

然而，科学家不知道暗物质粒子的质量，暗物质粒子和外部世界之间是否存在非引力相互作用，以及它是如何在非常早期的宇宙中形成的。

其他理论家推测暗物质存在于另一个膜中。根据弦理论，它位于一个更大的10维宇宙中，可能有不止一个暗物质粒子。

暗物质和暗能量被认为是现代物理学和天文学的“两朵乌云”。目前，世界各国都在集中人力、物力和财力来研究这个问题。揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论和量子力学之后的又一次重大飞跃，并将引发物理学的又一次革命。

澄清这种神秘物质的本质已经成为一个现代物理学界长久以来都没有找到答案的问题。物理学家已经等了几十年了。通过一系列的实验和观察，也许离解开暗物质的宇宙之谜只有一步之遥。