什么是暗物质?
在宇宙中是否还存在不发光物质、不发光的天体？这似乎是不成问题的问题。例如，在太阳的周围有9大行星，有月亮这类的卫星。这些行星或卫星自身并不发光，它们仅能反射光。其实，所谓发光物质只不过是这种暂时不发光的物质处在高温、高压环境的状态而已。
  所以，在宇宙中是否存在不发光物质的问题，似乎是这些会发光物质所存在的状态的问题，问题是它们在宇宙中所占有的比重如何？如果把宇宙中存在于不发光状态的常见物质，如质子、中子、电子等占发光状态的比重问题，仅仅归结为在其他星系中是否存在着行星、卫星等，那还不是十分重要的问题。
  因为9大行星加上可能的彗星，其总质量还不到太阳的1％，更为重要的是处在不发光状态的常见物质，是否在总质量上比发光的星体多一个量级，还是他们只占微不足道的分量，或是彼此差不多，如此等等。因为这涉及天体或星系团演化的基本规律。而更为重要的问题是，宇宙中是否除质子、中子、电子等会发光的物质以外，还存在着在原则上就不会发光的物质，或者说，它们自身不仅不能发光，而且也不会反射、折射或散射光，亦即对各种波长的光，它们都是百分之百的透明体！它们就是神秘的暗物质。
   
                
            许多宇宙论学家认为，宇宙中会有占90％以上暗物质的存在。如果宇宙中存在着那种原则上不能发光的非常见物质的暗物质，那么，宇宙中包含的暗物质的多少，就决定了或至少是影响了宇宙是封闭宇宙还是开放宇宙。
  所谓封闭式的宇宙，就是指现今的宇宙膨胀达到相当长的一个时间后（例如800亿年），会由于万有引力使宇宙由膨胀而收缩，这又称为振荡式的宇宙；如果宇宙膨胀速度超过万有引力所引起的阻力，而无限地膨胀下去，这就称为开放式宇宙。可见暗物质对宇宙的影响是非常大的。
  那么，到底有没有暗物质呢？ 
                
            尽管暴胀宇宙论对暗物质问题提出了非常有趣的假说，但从天文观测的角度说，这一可能存在有暗物质的假说，只不过是理论学家们的推测，在天文观测上并没有给出坚实的基础。
  但是，近来，在10米的天文望远镜上进一步观测远河外星云，测出其中的氘核和氢核的丰度的比值比过去所知的数值约大了一倍以上。从这一数值中已经可以确定在星系四周的晕中，必定有非常见物质形态形成的暗物质！这是和暴胀宇宙论假定无关的，而仅由天文观测值所直接得出的结论。
  就是说，宇宙中存在着暗物质，已是确凿无疑的事情。 
                
            暗物质存在与否，虽然已经得到初步证实。但暗物质将由什么样的物质所形成？它们是什么样的粒子或是场，或是二者的统一，仍然需要进一步的研究。
  宇宙论的理论认为，暗物质可能有两种形态，一种称为热暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者仍然保持其相对论性粒子状态；另一种称为冷暗物质，即在宇宙形成物质世界时期，暗物质的候选者已经是非相对论性的粒子。这两者将在宇宙演化过程中起着不同的作用，但都不能没有。
  如何探索、寻找和研究已被天文观测所证实的暗物质？这是21世纪科学的又一难题。
暗物质在宇宙中是怎么分布的? 
十多年以来，天文学家们认为宇宙中百分之九十的物质是不可见的，它们“失踪”了。然而，暗物质在宇宙结构的演化起着关键作用，所以证实这些“暗物质”的存在，是我们理解宇宙的至关重要的一步。
  现在关于暗物质的本原有许多理论，每一种对其在宇宙中分布的预言不尽相同，(下左图是依照最近一个较为流行的理论预言所绘制的跨越1亿光年的暗物质结构图)。如果知道暗物质的实际分布情况，就能够帮我们进一步理解暗物质、理解宇宙。但是暗物质是“透明”的，不发射光线；那么我们怎们才能看到它们，了解它们的分布情况呢？
    
    贝尔实验室的科学家们创造了一种方法，用来给暗物质结构画幅图。
  贝尔实验室的这套摄像和软件技术，叫做“‘引力透镜’质量分布绘图术”（gravitational lens mass tomography），给我们开启了一扇观察宇宙的新窗口。它被用来研究宇宙中众多区域的暗物质聚集程度——从星系团周围的大质量的星系晕，到距地球30到60亿光年的大尺度暗物质结构演化。
  
    不管物质“暗”不“暗”，只要它有质量，光线就会依照其周围的引力场改变光路。如左图所示，有时来自背景星系的光线被弯曲得很厉害，因而就会在前景大质量星系团的周围看到其多个像，这就被称为“强引力透镜”现象。而科学家们就是依照背景星系光线被弯折的程度，来计算前景星系的质量分布，从而绘出暗物质分布图。
  贝尔实验室应用电荷耦合器件（CCD）技术，并利用哈勃太空望远镜 （HST）拍摄的遥远星系团的“宇宙蜃楼”图片，构造了一幅高解析度的此星系团的暗物质分布图。右图就是一张分布图，它清晰地向我们展示了到底有多少暗物质附于星系，有多少匀称地分布于整个星系团之中。
  
 
    这种效应实际上难得一见，而很巧的是，一个遥远的星系恰处于星系团CL0024+1654（双鱼座，距我们20亿光年）背后的一个非常“好”的位置上，也就形成了背景星系的多重象。在上左图中，背景蓝星系有5个象。而象主要是由星系团中所有暗物质的合作用形成的，而在这些象附近的星系会添上自己的一份分效应。
  科学家们是怎么知道象主要是由暗物质引起的，而非 各个星系呢？其实，科学家们应用计算机对于上百万种质量分布情况进行模拟，然后和哈勃望远镜的这张图片进行比较，只有正确的质量分布才能符合哈勃图片显示的情形。这样来探测质量分布相当敏锐，左图就是以“等高线”的方式来显示星系团中的质量分布，结果表明，大部分暗物质都较为均匀地广布于达一百六十万光年尺度的星系团之中；在这广博的暗物质质量之渊中，单个星系的质量不过是其中的一滴 —— 这个星系团中所有星系中恒星质量的总和仅为所有暗物质质量的二百五十分之一！也就是说，星系团中大部分质量也并非附于星系周围。
  右图是一幅模拟图，表明如果大部分质量附于星系的情况，显然与哈勃的照片严重不符。
     
    由于当代的大型望远镜都配备有CCD，天文学家们得以探测更加微弱的光线。他们发现天空中布满了数十亿光年远的蓝星系；而任何地前景暗物质团都会使这张“蓝地毯”泛起皱褶，这被称为“弱引力透镜”效应（比如遥远的圆形星系由于弱引力透镜扭曲，会看起来是椭圆的）。
  利用这些星系象的扭曲，科学家们也可以构造出幅幅暗物质分布图。为了探索这些暗物质的分布，Tony Tyson和Gary Bernstein专门制做出一块大视场CCD—— 这是由四块一千六百万象素的CCD拼合而成，有127毫米宽。过去三年里，这个“海量相机”(Big Throughput Camera)，被放置于智利托洛洛山美洲天文台的四米望远镜的主焦点上。
  它拍出一张张1度大小天区的彩色图片，其中加起来共含有400，000暗星系。在配合功能强大的自适应光学软件，才制出了最后的图片。 左图是其中一张图片的局部放大，是一个星系团。中图是同一个天区的一张一度大小的彩色照片。就是这同一天区的暗物质分布图。
  
     暗物质分布图正在帮助我们筛选关于暗物质本原的理论。而且，宇宙中总体物质质量的多少，会决定宇宙将继续膨胀，还是会收缩，还是已经收缩了。将来，一旦科学家们绘制好大量的暗物质三维分布图，我们就可以在其引导下更深入地理解宇宙的起源、演化及其今后的命运。
  就像贝尔实验室的Tyson开玩笑所说的的那样，“‘暗’物质将会有一个光明的未来。”
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