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破解宇宙谜题,寻找暗物质踪迹!国之大器悟空号探测器

  在上世纪30年代,天文学家发现:宇宙除过我们能看到的由重子组成的可见物质之外,竟然还隐藏着我们无法看到的物质,即暗物质!
  2009年,一个名叫普朗克的探测器发射升空,它的主要目的就是精确的绘制宇宙微波背景辐射 !
  宇宙微波背景辐射图(温度的差异可以反应物质的密度分布)
  宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸之后所留的余晖,它自宇宙诞生38万年后就开始在空间中传播,一直传播到现在!
  大爆炸38万年后开始传播
  所以,探测这些来自宇宙诞生之初的电磁波,就可以让我们了解到初期的宇宙、宇宙的演化、物质的分布等等一些重要的信息!
  那么通过普朗克绘制的宇宙微波背景辐射,天文学家惊奇地发现:我们平时观测到的由重子构成的世界,像恒星,星系这些,还不到宇宙总质量的5%,剩下的将近95%,都是我们无法看到未曾了解的物质!即,暗物质和暗能量。其中暗能量占据了68%,而暗物质则占据了27%。
  这是令人惊讶的,我们了解观测到的宇宙,竟只是宇宙展现出的5%,除过星系恒星这些由重子构成的物质,它竟将95%的物质隐藏于黑暗之中,对我们不可见!
  这些物质到底是什么?拥有怎样的形态和性质?这是宇宙学家一直在努力探寻的目标!
  2015年12月,我国发射了一颗名为悟空的探测器,这个探测器的目的就是检测高能的宇宙射线,以此来寻找暗物质的踪影!
  大家好,我是腾宝,这期呢,我们就来谈谈暗物质!利用引力效应寻找暗物质
  暗物质我们无法观测到它,那天文学家是如何发现它的存在的?
  暗物质虽然我们无法直接观测到它,但凭借引力效应 ,天文学家还是可以找到它的踪迹!
  在上世纪时,天文学家就曾发现,星系的旋转曲线与理论计算数值存在着很大的差异 。
  按照理论的计算,远离星系中心的恒星,其绕星系中心公转的速度应该是慢慢地下降,因为距离中心越远,星系提供的引力则越小,所以恒星的速度若是不随引力的变小而降低,那么它则会摆脱星系的引力束缚,进而逃离星系。
  但实际的观测却是,恒星的公转速度并不会随着距离的变大而降低,它们的公转速度远大于理论计算值!
  下面的曲线是理论计算值,上面是实际观测的速度曲线
  那这样的结果则暗示着两种可能:要么是我们的引力理论有误,使得计算出现了偏差。要么则是,星系还存在着我们无法观测到的物质,这些无法观测的物质提供了额外的引力,所以恒星的公转速度才会与理论计算存在差异!
  显然,天文学家是更倾向于第二种可能:星系存在着我们无法观测到的物质!
  之后呢,通过引力透镜、星系团的合并以及宇宙微波背景辐射的探测,他们也逐渐印证了这一点。
  子弹星系团合并时的热气体分布,以及背景星系的引力透镜显示出了暗物质的存在
  所以现在普遍的观点是认为,在星系的外面还存在着一个庞大的暗物质晕,这个暗物质晕将我们可以看见的发光星系团团包裹!
  探测宇宙射线,寻找暗物质踪迹
  至今我们探测到的暗物质,只是通过引力的间接探测。
  那除过引力外,我们还能用什么其他的方法来探测暗物质呢?
  暗物质被认为是由一种未知的粒子所组成! 这种粒子不参与电磁相互作用,但可能存在弱相互作用。
  所以天文学家猜测,它应该是一种弱相互作用大质量粒子 。
  这个便是现在暗物质的主流模型:即冷暗物质模型。
  在自然界中,存在着四种相互作用力,即强力、弱力、电磁力以及引力!
  弱相互作用是控制粒子衰变的一种力,所以存在这种力,则表示粒子可以通过衰变来产生一些高能的辐射,比如高能的电子或伽马光子!
  还有,根据现在粒子物理的另一理论:正反物质原理,当正反物质相遇时,会发生湮灭,而湮灭时也可产生高能的伽马光子!
  所以根据这样的猜测,我们可以通过探测异常的宇宙射线来探寻暗物质的踪迹!
  而我国的悟空探测器就是这样一台探测宇宙射线的探测器。 什么样的宇宙射线会是暗物质释放
  探测宇宙射线,我们是如何辨别它是和暗物质粒子有关的?
  宇宙射线是来自各个方向的高能粒子流,它是于上世纪初被人们发现。
  通过长久的探测,天文学家发现:这些射线遵循幂级分布,粒子的能量越高其数目就会越少,所以宇宙射线的能谱大致上是已知的,就是这样的一条曲线!
  红色曲线为悟空探测器探测,蓝色为美国费米探测器探测
  所以若是探测到异与这条曲线的能谱,那么这就可能预示着新的物理现象,而这个物理现象或许就是暗物质粒子的湮灭或衰变产生!
  但至今呢,我们还没有探测到这种与暗物质粒子有关的宇宙射线,所以,暗物质到底是不是天文学家认为的,是一种弱相互作用大质量粒子!我们依旧无法清晰。
  它到底是什么?人类何时才能知晓.........
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