看不见摸不着，却掌控宇宙演化的神秘物质到底是什么？

正文

请到「今天看啥」查看全文

有趣的是，黑洞并不是完全“沉默”的。根据物理学家霍金提出的理论，它们可以通过霍金辐射缓慢地释放微弱能量，但这种能量极其微小，远远不足以让我们直接观察。

在天文观测中发现黑洞一般是通过间接手段实现的。 比如说观测黑洞对周围星体运行轨道的影响，天鹅座 X-1 中的黑洞就是通过这种方法发现的。也可以通过黑洞碰撞产生的引力波信号来发现黑洞，引力波实验组 LIGO 目前已探测到近百个由黑洞碰撞产生的引力波信号。对于超大质量黑洞，它周围会吸积大量发光的灼热气体，因此可以被射电望远镜观测到，大名鼎鼎的黑洞照片就是这样拍摄的。

事件视界望远镜（EHT）合作组拍摄的M87星系中心的超大质量黑洞 图片来源： EHT

除此之外，在人类已发现的所有基本粒子当中， 中微子 也是一种典型的暗物质。这种粒子不参与电磁相互作用，只参与四大基本相互作用中的引力和弱相互作用，因此它与光子之间没有任何直接的关联。也正是因为中微子不参与电磁相互作用，它们与原子发生碰撞的概率非常非常小。具体有多小呢？可能平均每10亿个中微子穿过地球，才会有一个碰撞到地球内的某个原子。这就是中微子又被称为“幽灵粒子”的原因。它就像幽灵一样，来去自如。 不过请注意，中微子只是像幽灵，并不是幽灵。

那么，黑洞和中微子就是暗物质的主要组成部分吗？实际上，这两种暗物质加起来，其质量也只相当于全部可见物质的 1%不到。 然而，大量的天文观测结果表明，宇宙中暗物质的总量远不止那么少，甚至 暗物质的总量超过了可见物质的 5 倍 ！ 因此必然存在更多 人类目前尚未发现的暗物质。那么天文学家们是如何知晓宇宙中有这么多暗物质的呢？让我们从一些著名的天文观测证据开始谈起。

暗物质的观测证据

暗物质的研究历史可以追溯到将近一百年前。那时候星系天文学刚刚兴起，天文学家们开始认识到我们所在的银河系并不是宇宙的全部，在银河系之外还有众多其他的星系。正如恒星会在引力的作用下聚集形成星系，星系之间也会由于引力而 结团形成更大的星系团结构。一个星系团少则包含几十个星系，多则包含几千个星系，它们围绕一个共同的中心运动，分布区域的半径可达数百万光年。

天文学家兹威基（F. Zwicky ） 和 史密斯（S. Smith）对一些星系团开展观测后发现，根据星系团的发光情况推算出的星系团质量（光度质量） 要远小于根据它内部的星系运动速度推算出的质量（动力学质量）。由于光度质量只能反映星系团中发光物质的质量，而动力学质量反映的是星系团的引力， 因此这一观测结果说明 星系团中的绝大多数物质是不发光的 ，但我 们能通过 其显著的 引力效应 来感知它们的存在。 这就是暗物质最 早 的观测证据。

星系团是由数百到数千个受引力束缚的星系组成的结构。 图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷

暗物质的第二项观测证据来自于

请到「今天看啥」查看全文