物質「黑暗物質〈dark matter〉」

作者：這組織│2009-02-02 09:39:39│巴幣：0│人氣：1084

看不見的質量

1933年齊維克（F.Zwicky）從室女座星系內的銀河運動，確認其中必有大量看不見的物質。這些迷失的質量──應該說是迷失的光芒（missing luminosity），雖然不發光，卻在銀河團的動力學上，甚至宇宙的未來命運上扮演著重要的角色。

看不見的質量──黑暗物質（dark matter）的存在，是由質-光比（mass-light，M/L， ratio）的研究而推導出，以解釋銀河團內雲氣的不正常運動現象。質-光比指單位空間內的質量除以光度，通常以太陽系為一單位（即太陽的質-光比定為1）。以太陽為中心，半徑30光年內的星際太空中，質-光比大約是5，亦即太陽附近區域內的星體，是以矮星為主。質-光比亦可視為發光效率，也就是黑暗物質的存在比例，如巨行星（giant planet）的質-光比高達十萬，而新生亮麗的O型藍星只有萬分之一。由表可知，宇宙中物質系統愈大，質光比愈大，隱藏的黑暗物質愈多。

黑暗物質的存在證據

銀河內的質量分布決定於轉動曲線──雲氣軌道速度對至系統中心距離之作圖曲線。由於雲氣運動肇因於重力吸引，其運動速度便取決於軌道內質量的多寡，所以從銀河截面各處的雲氣速度，便可知銀河內的質量分布，而使用氫原子所發出的二十一公分波長的無線電波，便可測知銀河各部的雲氣運動速度。根據都卜勒效應，在銀河邊緣朝向我們的雲氣，會因正向相對速度而使發出之無線電波偏向短波長──藍位移（blue shift）；反之，離向的雲氣則有紅位移（red shift），由此光譜位移情形即可計算雲氣的運動速度。

如果以目前所見的銀河質量分布情形而言，愈到邊緣，因雲氣稀薄（可見光所見）而運動速度應愈小，但是實際上的觀測結果卻非如此，像M31、M101、M81都沒有如此現象，顯示有黑暗物質存在於銀河邊緣以維繫雲氣。這些黑暗物質據估計可能是目前所見銀河物質總量的10倍以上，本銀河的黑暗物質可能有1012個太陽重，約是傳統銀河質量估計值的3到4倍。法布里肯特（D.Fabricant）曾觀測室女座中的M87巨大橢圓銀河，發現有強烈X-光光環，X光是由五千萬度高溫下快速運動的電子與離子撞擊產生。能使這般高熱氣體不逸散，M87必含有2×1013個太陽質量，此值約是只就發光星體所計算之質量的10倍。

像cD銀河內部具有多個中心體，相互間相對速度高達每秒一千公里，顯示有極大量的黑暗物質才能免去銀河四分五裂的命運。

又如Coma銀河團，依均功定理（virial theorem）計算其質量為內部所有銀河質量總和（各銀河質量已用質-光比修正過）的10倍到20倍。

因此，宇宙中各物質系統的質-光比與觀測數據在在顯示有大量黑暗物質隱藏著。

黑暗物質的存在型式

黑暗物質可能以重子（bargon，如中子、質子）或非重子（non-bargon，如光子、微子）型式存在。重子型式包括岩石、彗星、木星型行星（或棕矮星）、矮星、中子星及黑洞。

岩石星塵在星際間比例極低，可以忽略，中子星黑、白矮星與黑洞則可當成已知質量之物質系統，不屬於迷失的質量。非重子中的光子，微子實際上也不具有靜止質量，而假想中的磁單極（magnetie monopole）之說（由狄拉克所提出），帕克爾（E.Parker）認為不可能。因為，若是宇宙中有大量磁單極，銀河的電場早就被撕裂了。至於木星型行星（或棕矮星）雖然單一質量不大（木星在太陽系內所占質量比例極小），但浩瀚的星際太空若有眾多棕矮星，便可構成極大質量，是黑暗物質的最佳候選者。

黑暗物質主宰宇宙

宇宙的命運，一說可能會繼續膨脹，體積趨向無限大，密度趨向於零，各星球核能源因用罄而死亡，浩瀚的太空一片死寂（此之謂開放性宇宙）；一說宇宙的膨脹將漸緩，而終至停止，然後因重力吸引再度回縮，而崩陷，聚成霹靂說（Big Bang theory）中所謂的原始火球（此之謂封閉性宇宙）。問題是宇宙反彈是否會「歷史重演」？一說宇宙仍然膨脹，但速率漸減，直至宇宙形成平面結構（重力與膨脹恰好平衡的宇宙）。

若宇宙因重力吸引而回縮，則所需質量必須是目前由發光星體所測質量的10倍到100倍，因此，宇宙能否避免一片死寂的厄運，就全看是否有足夠的黑暗物質存在。

黑暗物質主宰宇宙，現有的天文觀測技術都無法見到它的真面目，它是現代科學的最大謎團之一。不過，如今科學家透過測量和計算，首度推斷出黑暗物質的質量和溫度。

科學家七十三年前首次提出宇宙中充滿黑暗物質的假設。在經過深入研究後，英國劍橋天文學研究所的研究團隊終於可解釋它在宇宙的堆疊原理，並測量它的「溫度」。

科學家對構成恆星、行星和人類的所謂重子物質已有相當瞭解，對構成宇宙的主要材料黑暗物質卻所知仍然極其有限。

科學家無法直接偵測黑暗物質，因為它不發出光或輻射，不過科學家可以藉銀河旋轉的方式推論它的存在。銀行的天體運動快速，若非某種不可見物質的重力牽引，勢必四散飛去。科學家據此認為，黑暗物質與黑暗能量占宇宙總質量的百分之九十六。

劍橋團隊以四具全球最大的互聯天文望遠鏡觀測十二個在我們的銀河邊緣環繞的侏儒銀河，繪製它們的立體影像，並利用這些銀河的恆星運動「追蹤」充塞在它們之間的黑暗物質，同時精確測量它們的質量。科學家測量大約七千次後研判，這些銀河所含的黑暗物質質量約是重子物質的四百倍。

吉爾摩爾表示：「黑暗物質的分布與全部文獻的記載毫無關聯。它的質量奇大，大約是太陽的三千萬倍。即使極度擠壓，它也不可能小於一千光年。它的速度高達每秒九公里，不可能繼續壓縮。這是科學界首次確知的黑暗物質特性。」

黑暗物質的速度是大驚奇。科學家此前認為，黑暗物質極冷，每秒僅移動幾公釐，最新觀測結果證明，它的溫度可能達到攝氏一萬度。

根據羅馬大學(Univ. of Rome)最近投到在加州舉行的黑暗物質偵測會議的一篇論文，一個疑似黑暗物質的非直接證據已經被一組在義大利 Gran Sasso 國家實驗室執行 DAMA 實驗計畫的研究人員發現。

黑暗物質是一種假說性的非發光物質，潛藏在星系之中與星系四周，並且影響星系的旋轉與作用。黑暗物質可能是部份由 baryons 或是由 WIMP (weakly interacting massive particles) 所組成。根據地球繞太陽旋轉與太陽系繞銀河系旋轉的方式來看，我們所遭遇的 WIMP 風 (或是說與地球上偵測器微弱的交互作用的頻率) 在六月會比十二月強。被假定為 WIMP 的粒子 (質量大約為質子的五十倍) 撞擊偵測器內的絕緣的納-碘物質會激發出微弱的閃光，DAMA 實驗發現了這樣的效應的確有季節性的變化。

黑暗物質與偵測器的交互作用非常微弱，所以 DAMA 的結果在會議中將會被大家詳細的檢視，而其他研究小組也會在會議中報告搜尋 WIMP 的結果。

據說銀魂的阿妙小姐好像擁有(還是製作)這種物質
輕小說撲殺天使第10集也有出現這名詞

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