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暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn):從FritzZwicky到VeraRubin

時(shí)間:2022-12-18 12:24   閱讀量:14971   

1933年,弗里茨·茲維基正在研究后發(fā)星系團(tuán)中的幾個(gè)星系這是一個(gè)由1000多個(gè)星系組成的星團(tuán),距離我們大約3.3億光年Zwicky發(fā)現(xiàn),這個(gè)星系團(tuán)中的星系移動如此之快,以至于沒有足夠的質(zhì)量來保持星系團(tuán)在一起時(shí)至今日,宇宙的一些參數(shù)仍然難以測量,更何況是在1933年那么茨威基是怎么做到的呢

首先,我們必須用某種標(biāo)準(zhǔn)蠟燭來測量距離標(biāo)準(zhǔn)燭光是一顆具有可預(yù)測亮度的恒星,如造父變星或1a型超新星如果我們知道它們的實(shí)際亮度,我們就可以把它與視亮度進(jìn)行比較因?yàn)楣夥钠椒椒幢榷桑晕覀兛梢詮膶?shí)際亮度和表觀亮度的比值得到距離

接下來,我們將使用希羅多德圖,它可以告訴我們幾乎所有關(guān)于恒星的信息Zwicky需要的是一個(gè)星系的整體亮度,他可以估算出其中恒星的質(zhì)量

測量速度有點(diǎn)困難這些天體離我們很遠(yuǎn),所以我們實(shí)際上看不到這些東西在運(yùn)動為了計(jì)算速度,我們需要測量一種叫做多普勒紅移的東西當(dāng)一個(gè)物體靠近或遠(yuǎn)離我們時(shí),它發(fā)出的光的頻率/波長會發(fā)生變化但是我們?nèi)庋劭床坏筋伾淖兓覀儽仨毎压廪D(zhuǎn)移到光譜上,然后尋找譜線的移動

所以Zwicky得到了質(zhì)量和速度,然后應(yīng)用萬有引力定律,看看會發(fā)生什么但后期星團(tuán)星系眾多,解決多體問題相當(dāng)困難所以Zwicky用了勢力定理,把系統(tǒng)中動能和勢能的時(shí)間平均值聯(lián)系起來根據(jù)測得的星系速度和星團(tuán)的有效半徑,我們可以計(jì)算出需要多少質(zhì)量結(jié)果,測得的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論質(zhì)量

Zwicky斷定那里一定有看不見的暗物質(zhì)但是,它所指的暗物質(zhì)與現(xiàn)在考慮的暗物質(zhì)是不同的Zwicky指的是暗物質(zhì),它不發(fā)射或反射足夠的光,使它們從地球上看不見在這個(gè)定義下,很多常見的東西也是暗物質(zhì),比如巨大的冷擴(kuò)散氣體云Zwicky認(rèn)為恒星只占宇宙質(zhì)量的一小部分,其余大部分都是氣體云

1951年,HaroldEwen和Edward Purcell發(fā)現(xiàn)了21厘米的氫線,使我們能夠找到恒星和星系之間所有的冷氫即使氫是冷的,處于擴(kuò)散的氣體云中,它仍然會發(fā)出這種21厘米的光這意味著我們可以衡量他們的質(zhì)量,但這仍然不足以解釋茲維基的質(zhì)量問題

然后在1962年,我們用太空探測器發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)太陽系外的X射線源地球的大氣層吸收了大量來自太空的X射線,所以我們的X射線探測器必須在太空中才能看到它x射線天文學(xué)為我們打開了一個(gè)觀察宇宙的新途徑,當(dāng)時(shí)我們看到了新的東西:熱氫可惜還是不足以說明質(zhì)量問題

直到20世紀(jì)70年代初,暗物質(zhì)問題才取得進(jìn)展,當(dāng)時(shí)薇拉·魯賓正在使用肯特·福特建造的光譜儀研究星系旋轉(zhuǎn)她繪制了幾個(gè)星系中氫的分布圖,但當(dāng)她研究這些氫的旋轉(zhuǎn)速度時(shí),她發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的事情根據(jù)她繪制的氫分布圖,她預(yù)測星系外緣附近恒星的軌道速度會降低可是,觀測數(shù)據(jù)顯示了一些不同的東西,外緣速度趨于平坦而不是減小

所以她問了自己一個(gè)問題:如果星系的質(zhì)量比我們能看到的要大呢是的,聽起來很熟悉她說的是暗物質(zhì),這和弗里茨·茲維基在20世紀(jì)30年代提出的論點(diǎn)是一樣的,但薇拉·魯賓是用適量的數(shù)據(jù)提出的,這讓暗物質(zhì)第一次成為一門科學(xué)

所以我們來看看最新的材質(zhì)構(gòu)成活動恒星約占宇宙物質(zhì)的1.5%,行星,衛(wèi)星,小行星和彗星約占0.005%,散射氣體和塵埃云約占14.5%,其中84%缺失這就是我們所說的暗物質(zhì)

來源: IT之家 編輯: 沐瑤

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