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  • 1 # 天文線上

    答:這是哈勃太空望遠鏡拍攝的一張名為Abell 2018的星系群照片。

    這些彎曲的東西實際上是更遠的星系。這裡發生的是,Abell 2018星系群的質量扭曲了空間。

    這是廣義相對論的一個預測。愛因斯坦甚至為一位朋友詳細計算了引力透鏡效應。

    你不需要理解他的塗鴉,也不需要理解他的數學,但關鍵是物質會扭曲空間。正因為如此,光在穿過彎曲空間時發生彎曲。有點像這樣:

    但是你也可以反過來計算:如果你可以觀察lensed galaxies,你就可以推斷出空間有多大的彎曲。如果你知道有多少空間被彎曲,你就知道需要多少物質來使空間彎曲那麼多。

    但問題來了。如果你只看一張星系的圖片,比如上面這張,你就能粗略地估計出它有多大,裡面有多少顆恆星。既然你知道了恆星的平均重量,你就可以估算出那個星系中有多少物質。但是當你這樣做的時候,你會發現星群中的星系沒有足夠的質量使空間彎曲那麼多。

    還有另一個問題:請注意,彎曲透鏡星系位於透鏡星群中的一些星系之間。這意味著你可以逆向追蹤它們的光透過星系群的路徑,並使用它來精確測量空間彎曲的位置和多少,以及因此,星系之間有多少質量。當你把它畫在影象上,你會得到像這樣的東西:

    這些尖峰是在引力透鏡中計算出的星系質量。但是你們看到中間的突起了嗎?星系的尖刺刺出來的地方。這也是質量,凸起處的質量要比尖峰處的質量大得多。

    我們在隆起處看不到這些物質。我們只可以看到它的腳印並推斷它確實存在。我們看到的到底是什麼?

    這不是唯一的證據。另一個是螺旋星系:如果你再次估計一個星系的質量,它的數量級(~5x)太小,甚至不足以形成一個旋轉的螺旋星系。它們的旋轉也是錯誤的:恆星應該在邊緣移動得更慢,但它們並沒有。如果星系中有更多的質量,那麼旋轉和我們看到的效果就會更好。

    所以我們很確定存在某種我們看不見的物質。但由於我們不能直接看到這種物質,我們稱之為“暗物質”。

    除此之外,我們真的不知道暗物質是什麼。關於它是什麼我們有很多有趣的想法,比如中微子或者其他形式的弱相互作用大質量粒子(簡稱WIMPs)。

    但我們不知道,除了知道它有很多,以及沒有它宇宙會有很大的不同。

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