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科学家发现引力不足以维持银河系的形态,那是什么力量在维持呢?

上世纪天文学界迎来了几场革新,其中有一场革新如今还没有真正意义的解决

上世纪天文学界迎来了几场革新,其中有一场革新如今还没有真正意义的解决,具体来说就是一些类似于银河系这样的大型星系质量所提供的的引力,并不足以维持住自身的形态。关于这个问题也是天文学界目前最前沿的研究领域。那这到底是咋回事呢?今天,我们就来聊一聊话题。

谁在提供多余的引力?

上世纪30年代,有个著名的天文学家叫做奥尔特就通过观测,就提出了在银河系盘中的质量要远大于我们所观测到的恒星的总质量,而且他还对这部分看不到的“质量”进行估算,结果,他认为大概有一半的质量是我们观测不到的。

大概也就是隔年,又有一位著名的天文学家叫做弗里茨·兹威基,在研究后发现星系团外围成员星系的运动情况时,他就发现,后发座星系团中的可见星系并不足以支撑它们自身的高速运动,因此,他认为存在一些其他的质量,我们观测不到,提供了额外的引力,才使得这些可见的星系可以如此高速的运动。

类似的情况,在30年代,还有一位叫做巴布科克的天文学发现了,他发现,仙女座星系的自转速率曲线和理论预言的并不匹配。照理说,距离星系中心越远的天体应该转得越慢,但他却发现,星系中心附近的天体和星系边缘的天体运动速度,实际上是差不多的。同样的情况,也被许多天文学在其他的一些星系中所确定。

这就很奇怪了,我们可以来现象一个画面,就是拿着一个带绳的耳机,然后把耳机甩起来,当你甩起来后,你会发现,甩得越快,这个你需要拽住耳机的力就得越大。星系边缘的天体跑得那么快,这就说明需要足够多的引力牵引住,否则星系就会分崩离析。

更有趣的事情是,科学家在银河系的研究过程中也发现了这些现象,我们的太阳实际上是绕着银河系的质心在做运动的。

如果按照现有的理论进行计算,科学家就可以得到太阳的运动速度大概是160km/s,但实际上观测下来,却得到了240km/s的结果,远大于160km/s的理论值。按照上文说的那样,要让太阳运动速度达到这个240km/s,说明银河系需要提供额外的引力才可以。

如果没有额外的引力,银河系中的太阳肯定会飞出去,而不会被束缚在银河系内部。那这部分引力到底是谁提供的呢?

暗物质

科学家提出了一个概念,把这个物质叫做:暗物质。暗物质之所以有这样的名字,首先是因为我们看不到它。人类观测天体,实际上是利用天体发出的光子,进入到了人类的观测仪器上,而仪器之所以捕捉到光子,实际上是光子和仪器发生了电磁相互作用。

也就是说,暗物质不参与到电磁相互作用,但暗物质是参与引力作用的,也就是说暗物质是有质量。目前,我们可以通过理论计算出暗物质的质量,大概是可见物质的6倍。

当然,关于暗物质,我们知道的并不多,我们可以通过各种方法来观测暗物质,暗物质的存在也基本坐实了,接下来的事情其实就是搞明白暗物质到底是什么?

目前主流的观点是冷暗物质模型。这里多了一个“冷”,是说暗物质粒子跑得很慢,几乎不动。

可能你不太能理解这个冷和运动的缓慢有啥关系,这里就要提到温度的定义,从微观视角来看,温度的本质是粒子热运动的剧烈程度,微观粒子运动得越剧烈,温度越高,运动得越不剧烈,温度就越低。

暗物质粒子的运动不剧烈,因此才被称为冷暗物质。那暗物质有什么用呢?

星系的粘合剂

科学家通过观测发现,大多数的星系都有暗物质的存在,而且大星系都有暗物质,没有暗物质的星系都是比较小的星系。

所以,很多科学家认为,暗物质由于提供了强大的引力。在宇宙的早期,星系形成的过程中,它扮演了极其重要的作用,这个作用类似于粘合剂。它通过自身的引力把恒星束缚在一起,确保了星系的形态,如果银河系没有暗物质,那银河系就会立马散架,很多恒星都会被甩出。我们甚至可以说,如果没有暗物质,可能就无法形成大型的星系。

不仅如此,在未来,银河系和仙女座星系会发生一场撞击,最终聚拢到一起。实际上,这也是暗物质在作祟,正是两个星系的暗物质的引力,促使两个星系的合并。

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