为什么我们看不到暗物质？

答案取决于暗物质是什么，对此我们有很多想法，但没有证据。

仙女座星系中恒星移动的速度是暗物质存在的首要线索之一，但并不能帮助我们了解暗物质的构成，以及为什么我们看不到它。

图片来源：NASA/JPL-Caltech

对于宇宙中构成恒星、行星或气体的每个原子来说，所谓的暗物质的数量大约是其五倍多。物理学家非常有信心它的存在，但无法找到它，甚至无法弄清楚它的组成部分。在我们回答暗物质是什么这个问题之前，我们不会知道它如此难以看见的确切原因，但这并不意味着我们一无所知。

我们如何知道暗物质是真实的？

物体绕彼此运行的速度取决于它们的距离，也取决于它们的质量。通过观察地球和其他行星绕太阳运行的速度，我们可以知道太阳有多重。当控制轨道速度的质量分散而不是集中在一个点时，事情会变得更加复杂，但物理学家非常擅长解决这类问题。

因此，当我们观察附近星系中的恒星绕轨道运行的速率，或者巨型星系团边缘的星系运行的速度时，我们就知道有多少质量引起了这种运动。然而，当天文学家试图估计这些星系中恒星的数量及其平均质量时，数字并不匹配。可见恒星无法提供足够的质量来匹配它们对边缘物体的影响。对恒星质量的估计可能很粗略——我们无法计算出每颗恒星，但差异太大，无法简单地进行欠采样。

少数科学家对此的解释是，重力在大尺度上的作用与我们的模型不同，我们的模型基于太阳系内行星和卫星的运动。这一想法的一个版本已经得到了广泛的宣传，但大多数物理学家认为它充其量是不可能的。

几乎可以肯定的是，那里存在某种质量很大的东西，足以以影响其他物体运动的方式扭曲时空，但我们看不到：换句话说，就是暗物质。

引力透镜 提供了更多证据。我们看到星系正在弯曲来自更遥远物体的光线，而且它们弯曲的程度比可见恒星所能解释的要大得多。

一旦人们普遍认为暗物质的存在，人们就开始寻求确定其本质。那时，我们唯一知道的是暗物质会产生引力效应——即它具有质量——而且它是看不见的，至少用我们拥有的仪器是看不见的。

为什么我们看不到它取决于它是什么

最初，两种相互竞争的解释很受欢迎。一种提议的暗物质是由不发光的大物体组成的。如果位置适当，它们可能会反射光，但距离恒星不够近，无法反射有用的光量。天文学家想象出大量木星质量的物体在恒星之间的空间中漫游。这些天体被称为大质量致密光晕天体（MACHO），这里的光晕是属于星系的光晕。

主要的替代方案是亚原子粒子，它们单独很轻，但存在的数量难以想象，它们共同可以提供缺失的质量。与 MACHO 不同的是，这些粒子被命名为 WIMP（弱相互作用大质量粒子），这里的“massive”意思是“有质量”，而不是“巨大”，因为它们根本不是。

这些例子清楚地表明了为什么“为什么我们看不到暗物质？”这个问题没有普遍的答案。 ”。如果暗物质是 MACHO，我们就看不到它，因为我们距离这种物体还不够近。如果是弱相互作用粒子，我们就不可能看到它，但通过正确的检测设备，我们也许能够确认这些粒子的存在。

如今，“男子气概”假说已经非常不受欢迎了。各种指标告诉我们，这类物体只占我们正在寻找的质量（如果有的话）的一小部分。

如果没有它们相反的数量，弱相互作用粒子就不会被这么称呼，但存在我们不知道的亚原子粒子的可能性仍然是存在的。随着时间的推移，越来越多的合适粒子的候选者被排除，探索变得有点令人沮丧。只有一旦我们找到了这些粒子，如果我们找到了，我们才会知道是什么让它们如此长时间地躲避我们。

有些类别的亚原子粒子不属于 WIMP 保护伞，但可能形成暗物质，例如重中微子。不过，答案是一样的——只有确定是哪种类型的粒子造成的，我们才能解释为什么它如此难以找到。

寻找暗物质的意义远不止 MACHO 与 WIMP 的对决。有人提出，星系外围的黑洞比我们所知的要多得多。众所周知，我们看不到黑洞，因为它们的引力非常强大，甚至连光也无法逃脱。从技术上讲，它们与“MACHO”的缩写相匹配，但它们被认为是不同的东西。

我们要么通过寻找吸积盘发出的光，要么通过观察它们围绕恒星抛射的方式来发现黑洞。在星系的外部，恒星很少，形成吸积盘的物质也很稀疏，黑洞可能很丰富，但我们永远不会知道。解释这些黑洞可能从何而来还存在很多问题，这就是为什么这个想法没有像某些替代方案那样受欢迎的原因。然而，随着其他可能性的失败，这种可能性可能会脱颖而出，为为什么暗物质很难找到提供自己的解释。