目前能证明暗物质存在的证据有哪些？

这是一个庞大的宇宙迷团，一度看似即将揭开谜底，但此刻看来这个迷团是越来越深，天文学家和天体物理学家们也比以往任何时辰都加倍猜疑不解。问题的关头在于，宇宙中绝大大都的物质似乎消逝不见了。——威廉·布罗德

遥望宇宙，我们会理所当然的认为，我们所看到的一切，包罗：行星、恒星、星系，以及庞大的星际空间中的所有物质，跟我们日常平凡在地球上看到的工具是一样的，都是由质子、中子和电子构成。这个设法在我们看来很合适逻辑。

究竟结果，我们的地球就存在太阳系中，太阳系只是银河系中一个通俗的恒星系统，而银河系也不外是宇宙中浩繁星系中的一员。宇宙中应该不存在什么我们未知的物质形式。

就算在宇宙的其他处所存在我们地球上没有的物质，我们仍然会认为它们很可能是由今朝已知的、或者已发现的根基粒子构成。

因为今朝根基粒子的尺度模子，已经完全涵盖了所有已知的物质形式。这此中还包罗在尝试室情况中被缔造、测量或不雅察到的粒子。今朝所有的已知的根基粒子都包含鄙人面的图表中：

然而，事实并非如斯。今朝物理学家们一致认为，“已知的”物质，或由尺度模子中包含的所有粒子和反粒子构成的物质，只占了宇宙质量的极小一部门。

是什么使我们得出了这样的结论？下面就是关于宇宙中物质当作分的7个根基事实，这些事实使我们得出一个不成避免的结论：宇宙中绝大大都的物质不在尺度模子的规模内，也就是说，大部门物质不是由质子、中子和电子构成的，而是由某种必需存在的暗物质粒子构成。

我们已经测量出了宇宙中正常物质的量！

有两种方式来解决这个问题：

测量和量化宇宙中所有分歧形式的通俗物质，并把得出来的数加起来。

测量早期宇宙中形当作的物质总量

第一种方式比力直接，就是探查现今宇宙中所有已知的物质形式，不仅包罗行星和恒星，还包罗所有我们可以想到的物质形式，包罗气体、尘埃、等离子体、自由电子、白矮星、褐矮星、中子星、黑洞、反物质和中微子。把它们都加起来，就会获得一个正常物质的量。

可是，还有第二种方式可以补缺查漏，防止某种物质以迄今未被发现的形式埋没起来。

我们知道宇宙是从高温、高密的状况中降生的，在降生的过程中会履历第一次形当作原子核的期间。在宇宙中的第一批恒星形当作之前，我们都可以找到中性气体的原始样本，并测量出各类元素的比例。按照已知的物理学定律，我们就可以展望出宇宙降生是缔造出了几多氢、氘、氦-3、氦-4和锂-7。这是五个自力的、深奥无极量的量就是：宇宙中正常物质的量。

按照测量这五种物质，我们知道，正常物质只占宇宙中所有能量的5%。

星系团想要慎密的连系在一路，就需要某种未知形式的物质。

当我们不雅察宇宙中一些最大的束厄局促布局星系团的时辰，我们发现它们包含数百到数千个零丁的星系，所有这些星系都束厄局促在一个相对紧凑的空间区域内。按照每个星系的移动速度和已知的引力定律，我们可以揣度出要连结星系团慎密的连系在一路需要几多总质量。

我们还可以按照所不雅察到的所有物质，包罗星光、气体、尘埃、等离子体、气体受热时的x射线等等，揣度出此中有几多正常物质。但这些正常物质只能诠释13-17%的质量。是以星系团中必需有某种形式的暗物质。

单个星系必需存在比气体和尘埃更多的物质，来诠释我们所不雅察到的动力学现象。

一个螺旋星系最典型的特征是，它们在扭转，恰是这种扭转发生了我们所熟知的经典螺旋布局。当一个星系侧面朝标的目的我们的时辰，标的目的我们接近的部门的星光就会发生蓝移，远离我们的部门的星光就会发生红移。

按照星光的红蓝转变，我们可以测量出一个星系离中间分歧距离的扭转速度。按照已知的物理定律：星系的大部门物质都应该集中在中间，外围物质比内部物质的扭转速度更慢。但现实的环境并不是这样，这种单个星系扭转曲线的异常导致了我们认为：即每个星系四周必然有一个暗物质“晕”来诠释所不雅察到的扭转曲线。

引力透镜可以测量星系、星系团的总质量

当我们不雅察宇宙时，我们不仅仅可以经由过程测量来自星系或星系团的光来揣度质量信息。按照爱因斯坦的广义相对论，我们还有一种难以置信的测量质量的机制：质量自己就像一个透镜一样，它可以弯曲后面物体的所有光线，这种现象被称为引力透镜。这可以以强透镜的形式呈现，上图显示了庞大的环状、弧形和多重图像，下图显示了弱引力透镜的形式，而且扭曲了布景星系的外形。

我们可以经由过程测量此中一种或两种结果，只要有足够的布景光经由过程质量源，就可以揣度出透镜（前景）物体中有几多质量。经由过程引力透镜我们测量出的“总质量”，大约是正常物质质量的六倍。

宇宙大规模的堆积形式需要暗物质来重现我们不雅测到的布局。

当我们在大标准上绘制出宇宙中最切确的星系地图时，我们发现必然有某种分歧于通俗物质的物质（质子、中子和电子）来重现我们在最大标准上看到的布局。出格是，暗物质形当作了一个条理分明的宇宙收集，此中有细小的矮星系，有各类巨细的螺旋星系，有包罗大螺旋星系的星系群，有包罗螺旋星系和庞大椭圆星系的星系团，毗连星系团的细丝，以及在星系团之间物质很少的庞大宇宙浮泛。

若是没有暗物质，我们看到的宇宙布局将会很是很是分歧。

起首，若是没有暗物质，大规模布局中会有一个截止点，也就是说不会形当作太大的物质布局；小的物质布局也会存在一个最低限制。也就是说不会形当作矮星系或者一些小型的物质布局。

宇宙微波布景（CMB）的波动。

当我们不雅察宇宙大爆炸（CMB）的余辉时，我们发现微波辐射中波动堆积的体例有一个很是特别的模式。固然波动在所有标准上起头都是一样的，但辐射和物质之间的彼此感化会发生一种“波”，近似于在特定标准下水体的涟漪。若是有暗物质的存在，它会经由过程引力影响辐射和通俗物质，但不像通俗物质与自身或辐射那样发生彼此感化。

当我们重建了这种波动模式时，就会发现发现这种波动模式只与由5%的正常物质、27%的暗物质和68%的暗能量构成的宇宙一致。我们再次看到，暗物质与正常物质的比例是5:1。

碰撞的星系团表白，大引力区域并不与大大都物质地点的处所重合。

最后，最直接的不凡证据来自两个碰撞的星系团。在宇宙中，两个庞大的星系团时常会引力的感化下彼此碰撞，星系团中的恒星会彼此互相穿过，不轻易发生碰撞，但内部满盈的中性气体与另一个星系团的气体就会发生碰撞。在这种环境下，气体升暖和减速，堆积在中间并发射x射线（粉红色）。可是当我们利用弱引力透镜来重建两个碰撞星系团的大质量位置时（用蓝色暗示），我们发现它和恒星一路穿过彼此。