寻找星系守卫者：星系为什么没有分裂？

发布时间：2023-10-20 10:41:32 所属栏目：外闻来源：

导读：在无垠的宇宙中，星系的身影最为绚丽而突出，其中蕴含着数不尽的恒心、气体的积聚以及微粒子的漂浮。尽管它们的表面十分耀眼夺目，但事实上却蕴含着整个宇宙最神秘和最为漆黑的机密。

根据我们所知的艾萨克&middo

在无垠的宇宙中，星系的身影最为绚丽而突出，其中蕴含着数不尽的恒心、气体的积聚以及微粒子的漂浮。尽管它们的表面十分耀眼夺目，但事实上却蕴含着整个宇宙最神秘和最为漆黑的机密。

根据我们所知的艾萨克·牛顿及阿尔伯特·爱因斯坦提出的重力观念，可知引力的强度与两物体间的距离的立方成正比例。这意味着，那些远离质量最集中的星系中心的物体，所感受到的引力要比靠近星系中心的更弱，所以它们的运动速度也会更慢。然而，观测却表明天体的速度在超过特定距离后开始神奇地趋于平稳，而不是像理论预期那样下降。

我们先来考虑第一种可能性。

让我们首先回到100多年前。当时，天文学家勒维耶在分析了太阳系中天王星的轨道后发现，它的运行轨道与牛顿的引力理论所预测的不符。由于当时牛顿的理论已经取得了巨大的成功，因此没有人会去质疑这个基本理论。相反，勒维耶在经过详细的数学计算后预测，在天王星之外还存在另一颗未被发现的行星，影响着天王星。1846年，天文学家伽勒在勒维耶预言的位置不到1度的地方发现了缺失的质量——海王星。

同样的事情或许也发生在星系外侧。虽然包括恒星在内的所有可见物质的总和无法解释高速运动的天体，但如果那里有大量亮度远低于普通恒星的天体，比如褐矮星、红矮星、白矮星、中子星和黑洞，施加了额外的引力呢？然而，在经过大量搜寻后，天文学家发现这些天体的重量并不足以弥补缺失的质量。

接下来，我们来看看第二种可能性。

继海王星的成功之后，天文学家又发现水星的运动也存在异常。那么一个自然的推断是，在水星附近或许也存在一颗未被发现的行星。但是，在经过一番搜索后，没有人在水星附近找到另一个行星。当然，他们永远也找不到。因为这次，我们需要的是一个超越牛顿的全新引力理论。1915年，当爱因斯坦提出广义相对论后，水星的问题被完美地解决了。

现在，我们来看第三种可能性。在星系中，除了闪烁的恒星和发光的气体和尘埃这些普通物质之外，有没有可能还存在着大量看不见的物质，只通过引力与普通物质相互作用呢？这是非常有吸引力的想法，这些看不见的物质正是所谓的“暗物质”。也就是说，星系很可能被巨大而弥散的“暗物质云”所笼罩，从而提供了额外的引力使星系能够维持稳定。

天文学家会通过一种被称为引力透镜的方法，来绘制暗物质在空间中的分布。我们知道，所有的物质都有质量，也就有引力，就会对周围的时空产生影响。根据爱因斯坦的理论，当遥远的背景星系发出的光线在经过离地球更近的前景星系时，前景星系的引力会扭曲周围的时空结构，所以光线的路径会发生弯曲，就好像被光学透镜所弯曲一样。从光线弯曲的程度，科学家可以推算出前景星系所包含的质量。结果表明，星系内的可见物质不足以解释光线的弯曲，所以必然存在大量的暗物质。

寻找这种暗物质粒子的方法共有三种。第一种是直接探测，科学家会在地底深处建造探测器，直接捕捉暗物质粒子与原子核碰撞的证据；第二种是间接探测，科学家会在伽马射线和中微子等数据中寻找暗物质粒子的湮灭或衰变的产物；第三种是对撞机探测，在对撞机中让高能粒子束对撞，直接产生暗物质粒子。

目前，我国不仅有锦屏地下实验室直接寻找暗物质粒子与原子核的碰撞，也有“悟空”号卫星通过间接手段寻找暗物质。除了弱相互作用大质量粒子之外，科学家当然也在积极寻找其他的候选粒子，比如轴子和惰性中微子等等。但到目前为止，暗物质的本质仍是一个巨大的谜团。这个谜团不仅困扰着天文学家，也困扰着物理学家。因为它的存在，人类对宇宙的认识一直停留在表面，无法深入探索。然而，随着科学技术的发展，我们终于找到了答案。

（编辑：驾考网）

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