暗物质
宇宙学术语
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暗物质（英语：Dark Matter）是天文学中的概念，指不参与电磁相互作用，即不会发光，但参与引力作用的物质，目前只能通过引力效应推测暗物质的存在。[1]在早期宇宙，暗物质将在引力作用下率先聚集成团，形成维理化（virialized）的结构——暗物质晕（暗晕，dark matter halo），之后重子物质被暗晕的引力势阱吸引，进入暗晕中心，经过一系列物理过程形成恒星等发光天体。[8]现代宇宙学标准模型[a]认为，除了4.9%的重子物质，还存在约占26.8%的“暗物质”，[10]暗物质理论是宇宙学标准模型的基石之一，对宇宙结构的形成有重要意义。[11]
科学家最初就是根据暗物质对可见物质的引力效应推断出暗物质的存在。[12]19世纪初，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的运动定律和万有引力定律为科学家提供了通过测量动力学属性得到引力质量的方法。之后，天文摄影技术的发明让科学家即观测到密集的恒星场中存在暗区，这些暗区的存在引发了持续的辩论。到了20世纪，开尔文（Kelvin）、亨利·庞加莱（Henri Poincaré）等人开始从动力学角度对银河系（Milky Way，MW）中星体数进行估计。[7]1933年，瑞士亚美国天文学家弗里茨·茨维基（Fritz Zwicky）对后发座星系团（Coma Cluster）进行了研究，通过维理定理（Virial theorem）推断“暗物质的数量比发光星系多得多”。这些工作奠定了暗物质研究的基础，随着观测和理论研究的不断发展，到上世纪 80 年代初，绝大多数天文学家都确信了暗物质的存在。[6][13]
诺贝尔物理学奖获得者李政道教授称暗物质为“笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云”，认为“它预示着物理学的又一次革命”。[14]到如今的21世纪，“暗物质粒子是什么”这一科学问题，持续引起了物理学家的关注。[15]通常，根据暗物质粒子的运动速度，其被分为“冷暗物质”“温暗物质”“热暗物质”，结合微波背景辐射等观测结果，冷暗物质成为现在的主流模型，但由于单一类型的暗物质粒子无法解释观测上的小尺度成团等结果，现代宇宙学认为，暗物质很有可能是一种（或几种）粒子物理标准模型[b]以外的新粒子所构成。[17][18]此外，恒星级质量的原初黑洞也是暗物质的候选者之一。[19]近十几年来，科学家通过引力透镜效应绘出了暗物质的分布图像，同时使用不同的探测手段对暗物质粒子的候选者进行实验观测，对暗物质粒子的性质做出了更多约束。[1][15][20]