目前能證明暗物質存在的證據有哪些？

這是一個龐大的宇宙迷團，一度看似即將揭開謎底，但此刻看來這個迷團是越來越深，天文學家和天體物理學家們也比以往任何時辰都加倍猜疑不解。問題的關頭在于，宇宙中絕大大都的物質似乎消逝不見了。——威廉·布羅德

遙望宇宙，我們會理所當然的認為，我們所看到的一切，包羅：行星、恒星、星系，以及龐大的星際空間中的所有物質，跟我們日常平凡在地球上看到的工具是一樣的，都是由質子、中子和電子構成。這個設法在我們看來很合適邏輯。

究竟結果，我們的地球就存在太陽系中，太陽系只是銀河系中一個通俗的恒星系統，而銀河系也不外是宇宙中浩繁星系中的一員。宇宙中應該不存在什么我們未知的物質形式。

就算在宇宙的其他處所存在我們地球上沒有的物質，我們仍然會認為它們很可能是由今朝已知的、或者已發現的根基粒子構成。

因為今朝根基粒子的尺度模子，已經完全涵蓋了所有已知的物質形式。這此中還包羅在嘗試室情況中被締造、測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圖表中：

然而，事實并非如斯。今朝物理學家們一致認為，“已知的”物質，或由尺度模子中包含的所有粒子和反粒子構成的物質，只占了宇宙質量的極小一部門。

是什么使我們得出了這樣的結論？下面就是關于宇宙中物質當作分的7個根基事實，這些事實使我們得出一個不成避免的結論：宇宙中絕大大都的物質不在尺度模子的規模內，也就是說，大部門物質不是由質子、中子和電子構成的，而是由某種必需存在的暗物質粒子構成。

我們已經測量出了宇宙中正常物質的量！

有兩種方式來解決這個問題：

測量和量化宇宙中所有分歧形式的通俗物質，并把得出來的數加起來。

測量早期宇宙中形當作的物質總量

第一種方式比力直接，就是探查現今宇宙中所有已知的物質形式，不僅包羅行星和恒星，還包羅所有我們可以想到的物質形式，包羅氣體、塵埃、等離子體、自由電子、白矮星、褐矮星、中子星、黑洞、反物質和中微子。把它們都加起來，就會獲得一個正常物質的量。

可是，還有第二種方式可以補缺查漏，防止某種物質以迄今未被發現的形式埋沒起來。

我們知道宇宙是從高溫、高密的狀況中降生的，在降生的過程中會履歷第一次形當作原子核的期間。在宇宙中的第一批恒星形當作之前，我們都可以找到中性氣體的原始樣本，并測量出各類元素的比例。按照已知的物理學定律，我們就可以展望出宇宙降生是締造出了幾多氫、氘、氦-3、氦-4和鋰-7。這是五個自力的、深奧無極量的量就是：宇宙中正常物質的量。

按照測量這五種物質，我們知道，正常物質只占宇宙中所有能量的5%。

星系團想要慎密的連系在一路，就需要某種未知形式的物質。

當我們不雅察宇宙中一些最大的束厄局促布局星系團的時辰，我們發現它們包含數百到數千個零丁的星系，所有這些星系都束厄局促在一個相對緊湊的空間區域內。按照每個星系的移動速度和已知的引力定律，我們可以揣度出要連結星系團慎密的連系在一路需要幾多總質量。

我們還可以按照所不雅察到的所有物質，包羅星光、氣體、塵埃、等離子體、氣體受熱時的x射線等等，揣度出此中有幾多正常物質。但這些正常物質只能詮釋13-17%的質量。是以星系團中必需有某種形式的暗物質。

單個星系必需存在比氣體和塵埃更多的物質，來詮釋我們所不雅察到的動力學現象。

一個螺旋星系最典型的特征是，它們在扭轉，恰是這種扭轉發生了我們所熟知的經典螺旋布局。當一個星系側面朝標的目的我們的時辰，標的目的我們接近的部門的星光就會發生藍移，遠離我們的部門的星光就會發生紅移。

按照星光的紅藍轉變，我們可以測量出一個星系離中間分歧距離的扭轉速度。按照已知的物理定律：星系的大部門物質都應該集中在中間，外圍物質比內部物質的扭轉速度更慢。但現實的環境并不是這樣，這種單個星系扭轉曲線的異常導致了我們認為：即每個星系四周必然有一個暗物質“暈”來詮釋所不雅察到的扭轉曲線。

引力透鏡可以測量星系、星系團的總質量

當我們不雅察宇宙時，我們不僅僅可以經由過程測量來自星系或星系團的光來揣度質量信息。按照愛因斯坦的廣義相對論，我們還有一種難以置信的測量質量的機制：質量自己就像一個透鏡一樣，它可以彎曲后面物體的所有光線，這種現象被稱為引力透鏡。這可以以強透鏡的形式呈現，上圖顯示了龐大的環狀、弧形和多重圖像，下圖顯示了弱引力透鏡的形式，而且扭曲了布景星系的外形。

我們可以經由過程測量此中一種或兩種結果，只要有足夠的布景光經由過程質量源，就可以揣度出透鏡（前景）物體中有幾多質量。經由過程引力透鏡我們測量出的“總質量”，大約是正常物質質量的六倍。

宇宙大規模的堆積形式需要暗物質來重現我們不雅測到的布局。

當我們在大標準上繪制出宇宙中最切確的星系地圖時，我們發現必然有某種分歧于通俗物質的物質（質子、中子和電子）來重現我們在最大標準上看到的布局。出格是，暗物質形當作了一個條理分明的宇宙收集，此中有細小的矮星系，有各類巨細的螺旋星系，有包羅大螺旋星系的星系群，有包羅螺旋星系和龐大橢圓星系的星系團，毗連星系團的細絲，以及在星系團之間物質很少的龐大宇宙浮泛。

若是沒有暗物質，我們看到的宇宙布局將會很是很是分歧。

起首，若是沒有暗物質，大規模布局中會有一個截止點，也就是說不會形當作太大的物質布局；小的物質布局也會存在一個最低限制。也就是說不會形當作矮星系或者一些小型的物質布局。

宇宙微波布景（CMB）的波動。

當我們不雅察宇宙大爆炸（CMB）的余輝時，我們發現微波輻射中波動堆積的體例有一個很是特別的模式。固然波動在所有標準上起頭都是一樣的，但輻射和物質之間的彼此感化會發生一種“波”，近似于在特定標準下水體的漣漪。若是有暗物質的存在，它會經由過程引力影響輻射和通俗物質，但不像通俗物質與自身或輻射那樣發生彼此感化。

當我們重建了這種波動模式時，就會發現發現這種波動模式只與由5%的正常物質、27%的暗物質和68%的暗能量構成的宇宙一致。我們再次看到，暗物質與正常物質的比例是5:1。

碰撞的星系團表白，大引力區域并不與大大都物質地點的處所重合。

最后，最直接的不凡證據來自兩個碰撞的星系團。在宇宙中，兩個龐大的星系團時常會引力的感化下彼此碰撞，星系團中的恒星會彼此互相穿過，不輕易發生碰撞，但內部滿盈的中性氣體與另一個星系團的氣體就會發生碰撞。在這種環境下，氣體升暖和減速，堆積在中間并發射x射線（粉紅色）。可是當我們利用弱引力透鏡來重建兩個碰撞星系團的大質量位置時（用藍色暗示），我們發現它和恒星一路穿過彼此。