第五章 ?暗物質(zhì)就是暗天體

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5.1暗物質(zhì)就是暗天體

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前面談了那么多，我們也許已經(jīng)比較清晰了，所謂的暗物質(zhì)，其實(shí)就是各種暗天體或塵?；蛭镔|(zhì)粒子。沒有那么復(fù)雜，這個(gè)結(jié)論確實(shí)是讓人失望的，少了許多遐想。

在我們太陽系中，暗物質(zhì)就是奧爾特云區(qū)域數(shù)量巨大的粒子、原子、分子、塵?；蛑行⌒吞祗w，甚至還會(huì)有若干沒有被發(fā)現(xiàn)的行星級(jí)別的天體，矮行星級(jí)別的天體就數(shù)不勝數(shù)了。因此，這里大有可為，是天文觀測(cè)的好地方，很快，隨著韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射運(yùn)行，這里會(huì)有一大波天體發(fā)現(xiàn)事件。我們太陽系大概率不會(huì)存在褐矮星了，如果存在的話，應(yīng)該已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了，當(dāng)然，不排除讓人吃驚的事情發(fā)生。

在銀河系中，所謂的暗物質(zhì)除了分布在各個(gè)恒星系統(tǒng)中，這部分暗物質(zhì)只占銀河系總暗物質(zhì)的一小部分。銀河系大部分暗物質(zhì)分布在恒星際區(qū)域的空曠區(qū)域，就是以流浪天體的形式存在于銀河系中。粒子、原子、分子、塵埃、顆粒、小天體、矮行星、行星、褐矮星等流浪天體，在恒星際空間環(huán)繞銀河系中心轉(zhuǎn)圈。雖然其環(huán)繞軌道面依然以銀盤面為主，不可避免地會(huì)有大量的例外。

在銀河系旋臂尾部之外的廣闊空間，更是暗物質(zhì)的天地，這里的暗物質(zhì)占據(jù)了銀河系暗物質(zhì)的大部分。這里的暗物質(zhì)構(gòu)成更為復(fù)雜多樣，除了上面說得粒子、原子、分子、塵埃、顆粒、小天體、矮行星、行星、褐矮星等流浪天體之外，還有紅矮星、以及大量的類似我們太陽的恒星，甚至黑洞。還有質(zhì)量相當(dāng)于幾十萬倍太陽質(zhì)量的球狀星團(tuán)，以及質(zhì)量更為巨大的矮星系，不止一個(gè)。

圖64 英美科學(xué)家團(tuán)隊(duì)新發(fā)現(xiàn)的矮星系

前一段時(shí)間，一隊(duì)科學(xué)家竟然在銀河系邊緣區(qū)域發(fā)現(xiàn)了好幾個(gè)矮星系，這想想都是令人吃驚的事情，如此大的矮星系，距離我們?nèi)绱私?，竟然還被發(fā)現(xiàn)著。可見，漏網(wǎng)的矮星系是不少的，漏網(wǎng)的球狀星團(tuán)應(yīng)該會(huì)更多，像太陽這樣的明亮的恒星漏網(wǎng)的就不計(jì)其數(shù)了。不太明亮的紅矮星本身數(shù)量或在恒星中占比就較大，漏網(wǎng)的那就更為壯觀了，數(shù)量巨大的褐矮星全部漏網(wǎng)。自然是，這些漏網(wǎng)的天體或天體系統(tǒng)都是暗物質(zhì)的一部分。

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圖65 歐美科學(xué)家發(fā)布的距離我們300萬光年的三角座星系的環(huán)繞速度示意圖，這是與我們銀河系類似的渦旋星系。其環(huán)繞中心的速度大約是我們銀河系環(huán)繞速度的一半，這意味著其質(zhì)量只是我們銀河系的四分之一?？梢?，我們銀河系其實(shí)還是一個(gè)比較大的星系的。

三角座星系的環(huán)繞速度與我們銀河系環(huán)繞速度的變化情況是類似的。這說明其也有幾乎同樣比例的暗物質(zhì)，可見，暗物質(zhì)在幾乎所有星系中都存在，并且其存在情況與銀河系是類似的。

三角座星系的環(huán)繞速度圖還是值得我們鑒賞的，其實(shí)際測(cè)量的速度曲線是一個(gè)上坡曲線，這顯示其物質(zhì)或暗物質(zhì)的分布密度，級(jí)別依然是與R的平方成反比，只是沒有那么強(qiáng)烈了，即分布密度比銀河系遞減的速度慢了一些。在遠(yuǎn)離核心明亮區(qū)域的地方，分布著比例更大的暗物質(zhì)。也就是，其周圍的暗物質(zhì)分布比例似乎比銀河系周圍的暗物質(zhì)比例大。也許銀河系之外的星系都是這樣的吧，或具有這樣的趨勢(shì)吧！畢竟，距離我們遙遠(yuǎn)，其可見物質(zhì)顯得更少了，自然是被歸入暗物質(zhì)的物質(zhì)占比增多了。

類似道理，在星系與星系之間的更為廣闊的區(qū)域，也會(huì)分布著大量流浪的天體或天體系統(tǒng)，粒子、原子、分子、塵埃、顆粒、小天體、矮行星、行星、褐矮星、恒星、中子星、黑洞、球狀星團(tuán)、矮星系。還有星系團(tuán)與星系團(tuán)之間的開闊區(qū)域，也會(huì)分布類型齊全的流浪天體或流浪天體系統(tǒng)。在所謂物質(zhì)空洞區(qū)域，宇宙物質(zhì)稠密分布的纖維狀結(jié)構(gòu)之間的物質(zhì)稀疏區(qū)域，不可避免地會(huì)有同樣齊全的流浪天體或天體系統(tǒng)。此時(shí)，流浪的天體系統(tǒng)會(huì)更為龐大，星系，甚至星系團(tuán)也會(huì)有。

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5.2沒有暗物質(zhì)的球狀星團(tuán)

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在引力作用下，把十個(gè)以上的恒星匯集到一起，形成的結(jié)構(gòu)，稱為恒星團(tuán)。數(shù)量幾十個(gè)或幾百個(gè)恒星的恒星團(tuán)，由于恒星分布密度不大，結(jié)構(gòu)疏松，被稱為球狀疏散星團(tuán)。這些疏散星團(tuán)分布在星系的旋臂中，屬于旋臂的一部分，主要也起源于旋臂中，沒有什么特殊之處。我們太陽與附近恒星就構(gòu)成了一個(gè)疏散星團(tuán)。

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圖66 我國(guó)科技工作者翻譯的歐美科學(xué)家繪制的銀河系俯視圖和側(cè)視圖。上圖左邊是常見的銀河系俯視圖，右邊是銀河系側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。除了我們常見的銀河系旋臂與銀核之外，還包括銀暈，以及分布在銀暈里面的球狀星團(tuán)。幾萬顆、幾十萬顆，甚至上百萬顆恒星組成的恒星團(tuán)，就是我們說的球狀星團(tuán)。
????幾十萬個(gè)恒星匯集一起，星團(tuán)內(nèi)部恒星分布很稠密，其外圍是我們太陽系附近恒星分布密度的幾十倍，核心部分是我們太陽系附近恒星分布密度得上千倍。太陽系位于旋臂的邊緣區(qū)域，附近的恒星分布密度較低，在旋臂的中心區(qū)域，恒星分布密度較大。球狀星團(tuán)是除了銀核之外，恒星分布最稠密的地方，也就是球狀星團(tuán)恒星分布密度低于銀河系中心（銀核）的分布密度，但明顯高于銀河系旋臂區(qū)域的恒星分布密度。

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圖67 歐洲南方天文臺(tái)拍攝的半人馬座Ω星團(tuán)，由于自轉(zhuǎn)關(guān)系呈橢球狀。

球狀星團(tuán)并不是完美的球狀，而是橢球體。這個(gè)事實(shí)太美了，讓球狀星團(tuán)不再令人費(fèi)解，這體現(xiàn)了其內(nèi)部的引力作用進(jìn)化趨勢(shì)，物質(zhì)分布總是趨于集中化的。球狀星團(tuán)的恒星或物質(zhì)分布密度也是與半徑R成反向關(guān)系，這個(gè)事實(shí)也是令人滿意的，符合我們的感覺。

球狀星團(tuán)里面的恒星通過高速環(huán)繞中心運(yùn)動(dòng)，平衡中心區(qū)域的引力作用。根據(jù)橢球體的形態(tài)，其內(nèi)部恒星運(yùn)行至少是部分有序的，而不可能完全地雜亂無章，因?yàn)槟菢拥脑?，太容易碰撞了?/p>

球狀星團(tuán)中心都有一個(gè)大質(zhì)量天體，即相當(dāng)于太陽質(zhì)量上千倍或上萬倍的中型黑洞。同樣的規(guī)律，球狀星團(tuán)質(zhì)量越大，其中心黑洞的質(zhì)量就越大，反之亦然。

球狀星團(tuán)這種天體系統(tǒng)，與銀河系是同期形成的，應(yīng)該是銀河系的兄弟。只是銀河系中心黑洞運(yùn)氣更好，發(fā)育得更快，形成了遠(yuǎn)超球狀星團(tuán)中心黑洞的質(zhì)量，自然形成了更大的勢(shì)力范圍，甚至把球狀星團(tuán)的勢(shì)力范圍也納入了自己的勢(shì)力范圍。導(dǎo)致球狀星團(tuán)處于很尷尬的境況，不自由了，受到銀河系的擺布。

球狀星團(tuán)與銀河系同時(shí)生長(zhǎng)發(fā)育，在銀河系壯大的同時(shí)，球狀星團(tuán)也在擴(kuò)充勢(shì)力，形成了自己的天體系統(tǒng)，其規(guī)模比矮星系小一些，也有眾多的恒星圍繞球狀星團(tuán)轉(zhuǎn)圈。在銀河系蓬勃發(fā)展時(shí)期，比如，只是現(xiàn)在銀河系范圍三分之一的時(shí)候，也許是在100億年前，那時(shí)的球狀星團(tuán)自己所屬的天體系統(tǒng)要比現(xiàn)在的球狀星團(tuán)大得多。核心部分與現(xiàn)在的球狀星團(tuán)差不多，但是那時(shí)的球狀星團(tuán)的外圍也環(huán)繞著數(shù)量超過核心部分幾倍的恒星。雖然沒有現(xiàn)在的矮星系大，但也是很壯觀的。

隨著銀河系的發(fā)展壯大，不僅與球狀星團(tuán)的祖先（前身）爭(zhēng)奪游離的恒星，更進(jìn)一步，也把球狀星團(tuán)的前身納入自己勢(shì)力范圍，成為銀河系的衛(wèi)星系統(tǒng)。隨著銀河系的進(jìn)一步壯大，球狀星團(tuán)連衛(wèi)星也做不成了，干脆被銀河系吞并了。也許用不了幾億年，被捕獲的球狀星團(tuán)祖先要與銀河系旋臂碰撞。結(jié)果很嚴(yán)重，球狀星團(tuán)祖先外圍的恒星被銀河系旋臂恒星體系碰散了。球狀星團(tuán)祖先開始逐漸真正地成為球狀星團(tuán)了，沒有外圍恒星了，只剩余中心球狀恒星區(qū)域了。估計(jì)一次碰撞，完成不了球狀星團(tuán)祖先（前身）外圍恒星的逃離，那就再多幾次碰撞，反正有的是時(shí)間。

球狀星團(tuán)小幾億年一個(gè)環(huán)繞周期，一個(gè)周期能碰撞銀河系旋臂兩次，到現(xiàn)在已經(jīng)碰撞幾十次了，甚至50次以上。球狀星團(tuán)祖先攜帶的外圍恒星早就丟光了，這些恒星大部分早就成為銀河系旋臂的一部分了，小部分應(yīng)該還在銀河系銀盤之外流浪。

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圖68 歐美科學(xué)家繪制的包括了球狀星團(tuán)環(huán)繞軌道的銀河系側(cè)視全景圖，這三個(gè)大小不一樣的明亮軌道，就是模擬的球狀星團(tuán)運(yùn)行軌道。其軌道與銀盤有明顯的夾角，也就是球狀星團(tuán)的環(huán)繞銀河系中心的方向與銀河系旋臂恒星的環(huán)繞方向差異很大。這種明亮代表的是軌跡，并不是沿途散落了或分布著這么多恒星。

現(xiàn)在的球狀星團(tuán)是不會(huì)畏懼銀河系旋臂的，由于其質(zhì)量龐大，近百萬倍的太陽質(zhì)量，并且恒星分布稠密，相互引力作用強(qiáng)烈，非常團(tuán)結(jié)。與銀河系旋臂恒星碰撞的結(jié)果是，大概率的是吸納銀河系旋臂被碰撞得恒星，而自己卻并不損失恒星，其外圍也許會(huì)損失球狀星團(tuán)沿途新吸納的恒星。球狀星團(tuán)軌道特殊，沿途流浪的天體很多，上億年的時(shí)間，其必然會(huì)捕獲一些天體。因此，每次與旋臂碰撞，總會(huì)留下一些天體。不過，這對(duì)球狀星團(tuán)無傷大雅，球狀星團(tuán)核心區(qū)域質(zhì)量不僅不會(huì)減少，而且還會(huì)增多。

核心區(qū)域直徑二十多光年，總區(qū)域直徑上百光年，意味著每次與旋臂碰撞，就是碰撞的區(qū)域是銀河系懸臂邊緣，比如太陽系附近，也能吸納旋臂幾顆恒星。其他區(qū)域，碰撞吸納幾十顆甚至幾百顆恒星不成問題。這些被吸納的恒星，大部分會(huì)成為其恒星環(huán)繞體系的一部分，小部分會(huì)墜入球狀星團(tuán)的中心黑洞?？梢?，球狀星團(tuán)與旋臂每次碰撞都會(huì)進(jìn)行恒星（質(zhì)量）置換的，外圍的留下，核心區(qū)域質(zhì)量增加?？傮w上，估計(jì)，球狀星團(tuán)質(zhì)量會(huì)增加。

銀河系旋臂真的不是球狀星團(tuán)的對(duì)手，雖然銀河系整體捕獲了球狀星團(tuán)祖先，但是球狀星團(tuán)確實(shí)在銀河系內(nèi)部隨心所欲，暢行無阻，無人能擋，對(duì)銀河系旋臂具有強(qiáng)大破壞力。問題是球狀星團(tuán)還在長(zhǎng)大，密度與質(zhì)量會(huì)越來越大，這確實(shí)對(duì)旋臂是巨大威脅。也威脅著銀河系旋臂中的生命，我們祈禱球狀星團(tuán)不要經(jīng)過太陽系區(qū)域。這樣的話，我們真的毫無辦法。

球狀星團(tuán)本身恒星分布稠密，自然很難發(fā)育恒星的行星系統(tǒng)，也就是說，幾乎沒有行星，自然就沒有生命了。就是上百萬顆的球狀星團(tuán)也大概率沒有生命存在。球狀星團(tuán)外圍恒星是可以發(fā)育行星系統(tǒng)的，特別是球狀星團(tuán)沿途捕獲的恒星，大概率會(huì)有自己的行星系統(tǒng)的。不過就是如此，也是不行的，因?yàn)椋驙钚菆F(tuán)軌道太不安全，沿途碰撞極為頻繁。外圍恒星的行星根本沒有機(jī)會(huì)孕育出生命。同理，在銀盤之外流浪的恒星，都是大概率得有自己完整的行星體系，不過，其所處空間太不安全，碰撞機(jī)會(huì)太多，應(yīng)該孕育不出生命。

可見，我們銀河系旋臂區(qū)域，恒星有序運(yùn)行，相互碰撞機(jī)會(huì)少，是孕育生命的較好區(qū)域。當(dāng)然，太陽系這樣的旋臂邊緣區(qū)域更好，具備很好的行星進(jìn)化體系，以及最好的生命孕育機(jī)會(huì)?？磥?，尋找地外生命，在旋臂邊緣區(qū)域?qū)ふ逸^為恰當(dāng)，這里的恒星往往具備良好的行星體系，以及良好的生命進(jìn)化保障條件。

不能擁有行星的恒星組成的球狀星團(tuán)，自然是沒有暗物質(zhì)的。球狀星團(tuán)雖然分布在遠(yuǎn)離銀河系中心的區(qū)域，雖然銀河系的這個(gè)位置已經(jīng)開始分布暗物質(zhì)了（銀河系中心的銀核沒有暗物質(zhì)，再靠外的地方就開始有暗物質(zhì)了），但是球狀星團(tuán)并沒有暗物質(zhì)，這是球狀星團(tuán)比較特殊的地方。我們可以得出一個(gè)小結(jié)論；可見天體稠密的地方?jīng)]有暗物質(zhì)。在銀河系中心區(qū)域，恒星更為稠密，這里的恒星也不具備形成行星體系的條件。這里的恒星也是沒有行星的，自然是不可能有生命的。

球狀星團(tuán)恒星間距太小，游離于恒星之外的星際物質(zhì)太少，連行星系統(tǒng)也沒有機(jī)會(huì)形成，更何況恒星了。因此，球狀星團(tuán)都是老年恒星，除了新捕獲的恒星，沒有年輕恒星。

在這里討論球狀星團(tuán)的主要目的是：我們需要知道球狀星團(tuán)沒有暗物質(zhì)。這是多么有意思的事實(shí)，這個(gè)事實(shí)明顯傾向于我們?cè)O(shè)想的暗物質(zhì)存在模式，暗物質(zhì)就是不發(fā)光或發(fā)光少的物質(zhì)或天體。不然的話，暗物質(zhì)理論真的需要認(rèn)真解釋球狀星團(tuán)沒有暗物質(zhì)這個(gè)事實(shí)。如果說，銀河系中心的銀核區(qū)域沒有暗物質(zhì)，暗物質(zhì)理論似乎還可以糊弄過去。但是，在銀河系旋臂區(qū)域或更靠外的擁有大量所謂暗物質(zhì)的區(qū)域，卻唯獨(dú)其中的球狀星團(tuán)沒有暗物質(zhì)，這就太難解釋了。我們前面的暗物質(zhì)邏輯，不需要特別解釋，就可以順理成章地輕松解決球狀星團(tuán)沒有暗物質(zhì)這個(gè)事實(shí)。我們還同樣可以輕松解釋銀河系中心或河外星系的中心區(qū)域沒有暗物質(zhì)的原因，實(shí)際上，這些事實(shí)都是暗物質(zhì)理論不好解決的問題。

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5.3子彈頭星系團(tuán)并不必然需要暗物質(zhì)

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圖69 這是我們第一章介紹過的兩個(gè)高速碰撞的星系組成的子彈星系團(tuán)。星系團(tuán)的星系相距200萬光年，相對(duì)速度就可以達(dá)到上百千米，相距10萬光年，此時(shí)兩個(gè)星系就已經(jīng)碰撞到一起了，相對(duì)速度可以達(dá)到上千千米。如此高的星系碰撞速度，導(dǎo)致其中的氣體分子炙熱起來，高溫的氣體分子會(huì)輻射出x射線，形成了外形像子彈頭的氣團(tuán)，圖中紅色部分。

X射線波段的觀測(cè)表明，兩個(gè)星系團(tuán)在碰撞、融合時(shí)，主要物質(zhì)都集中在子彈狀的紅色氣團(tuán)中。外圍的藍(lán)色部分并不輻射太多的x射線，這顯示藍(lán)色部分并沒有太多的天體。但是藍(lán)色部分卻有明顯的引力透鏡效應(yīng)。既然藍(lán)色部分并沒有太多的天體，為什么會(huì)表現(xiàn)出如此顯著的引力透鏡呢？自然是，藍(lán)色區(qū)域充斥著大量的暗物質(zhì)。雖然可以這樣解釋，但也可以換一種說法。

我們知道星系外圍擁有大量暗天體組成的所謂暗物質(zhì)，兩個(gè)星系雖然以高速碰撞，其過程依然是漫長(zhǎng)的。按照一千千米每秒的碰撞速度，雖然在碰撞過程中，速度依然會(huì)增大，但增大幅度已經(jīng)不大了。如果兩個(gè)星系都是10萬光年的尺度，需要三千萬年的時(shí)間，才能徹底重合到一起?？紤]到碰撞速度會(huì)提高，從開始接觸碰撞到重合過程，也大致需要兩千萬年時(shí)間。我們?cè)诘厍蛏嫌脦讉€(gè)月或幾年，甚至幾十年觀測(cè)這兩個(gè)碰撞星系，看到的依然是瞬間狀態(tài)。

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圖70 此圖所顯示的狀態(tài)，只是兩個(gè)星系正在碰撞的瞬間過程，還沒有徹底完成。兩個(gè)星系的后面所擁有的物質(zhì)還沒有發(fā)生碰撞，只是兩個(gè)星系的前面或中部的物質(zhì)或天體發(fā)生了碰撞。在碰撞區(qū)域呈現(xiàn)出較高的氣體溫度，輻射較多的X射線，是自然而然的，沒有什么特別之處。后面跟隨的還沒有碰撞或?qū)⒁鲎驳奈镔|(zhì)或天體，溫度不高，X射線不多，難道不應(yīng)該嗎？可見，這種碰撞完全可以用我們前面對(duì)暗物質(zhì)（暗天體）的認(rèn)識(shí)來解釋，并不需要真正的暗物質(zhì)概念。

我們已經(jīng)知道，星系的外圍擁有大量的普通物質(zhì)構(gòu)成的暗天體，如果兩個(gè)星系相向正面碰撞，兩個(gè)星系都會(huì)被加速。但是，星系并不是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，擁有巨大的尺度，這意味著星系不同區(qū)域的物質(zhì)或天體被加速的程度不一樣。處于前面的碰撞面的物質(zhì)或天體，獲得的引力加速度最大，在每個(gè)星系運(yùn)動(dòng)方向的后面的物質(zhì)或天體，獲得的加速度最小。此時(shí)，兩個(gè)碰撞星系都會(huì)被對(duì)方星系的引力拉伸，本節(jié)圖中的子彈頭星系團(tuán)就是兩個(gè)星系碰撞結(jié)合，還沒有徹底完成重合的狀態(tài)。兩個(gè)星系的各自的最后面物質(zhì)或天體還沒有參與碰撞，兩個(gè)星系的最后面的物質(zhì)或天體構(gòu)成，其實(shí)就是星系的所謂的暗物質(zhì)區(qū)域。實(shí)際上這里依然是各種普通物質(zhì)或暗天體，只是不發(fā)光或發(fā)光少而已。

我們的結(jié)論是，子彈星系團(tuán)的情況并不必然需要選擇暗物質(zhì)的存在，有沒有暗物質(zhì)，都可以給予完美解釋。

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5.4我們用引力透鏡效果感受暗物質(zhì)（暗天體）的存在

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圖71 藍(lán)色為聚集在阿貝爾1689星系團(tuán)的暗物質(zhì)，歐美天文學(xué)家們通過引力透鏡定位了這些聚集。圖中較大的亮點(diǎn)就是一個(gè)星系，單個(gè)星系的周圍往往形成一團(tuán)暗物質(zhì)，星系集中區(qū)域，暗物質(zhì)也集中。暗物質(zhì)的分布也是不均勻的，有些星系周圍的暗物質(zhì)分布范圍大一些，有些要小一些。如果藍(lán)色的濃度代表暗物質(zhì)的稠密程度（不知道是否是這個(gè)意思？），那么，星系周圍的暗物質(zhì)稠密程度也是有差異的，有的星系周圍暗物質(zhì)稠密一些，有的稀疏一些?？傊?，似乎也沒有什么規(guī)律特征。

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圖72 這張星系團(tuán)暗物質(zhì)分布圖，應(yīng)該可以顯示星系周圍分布著暗物質(zhì)。其暗物質(zhì)在周圍的分布尺度要比星系的可見物質(zhì)分布尺度大幾倍，其暗物質(zhì)總量是極為壯觀的。我們已經(jīng)知道，許多恒星系統(tǒng)里面分布著所謂的暗物質(zhì)，星系可見光區(qū)域也分布著大量的暗物質(zhì)。在星系的可見光尺度區(qū)域內(nèi)，暗物質(zhì)已經(jīng)占據(jù)近半了。在星系的可見光尺度內(nèi)，包括暗物質(zhì)和可見物質(zhì)，二者加起來也不到星系總質(zhì)量的一半。而星系的大部分質(zhì)量就在可見光尺度之外。我們前面根據(jù)星系內(nèi)部天體環(huán)繞星系中心的線速度時(shí)，可以得出這樣的結(jié)論。通過引力透鏡的研究圖像，我們又得出類似的結(jié)論。這非常好，通過不同途徑，得出同樣的結(jié)論，這顯示了我們分析的正確性，我們思考分析的路子是正確的。

圖73 從引力透鏡產(chǎn)生的效應(yīng)，星系團(tuán)CL0024+17被發(fā)現(xiàn)存在有一個(gè)暗物質(zhì)圈，在這張哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相片里以藍(lán)色顯示出來。這個(gè)星系團(tuán)不知道有多大，如果不是太大的話，這個(gè)藍(lán)色的暗物質(zhì)圈似乎在星系團(tuán)的外圍區(qū)域，也就是在星系團(tuán)的外圍，分布著大量的暗物質(zhì)。這些暗物質(zhì)其實(shí)就是環(huán)繞星系團(tuán)的暗天體。如果真的如此的話，這也顯示星系團(tuán)竟然可以與恒星系統(tǒng)或星系一樣在自己周圍形成區(qū)域廣闊的暗天體分布環(huán)帶。其周圍環(huán)帶擁有的暗天體質(zhì)量遠(yuǎn)超星系團(tuán)質(zhì)量，這應(yīng)該與恒星系統(tǒng)或星系的情況類似。恒星系統(tǒng)周圍的暗天體質(zhì)量超過自己中心天體的質(zhì)量，比如，我們太陽系，奧爾特云區(qū)域分布的暗天體質(zhì)量可以超過太陽的質(zhì)量。

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圖74 如果這團(tuán)暗物質(zhì)真的在星系團(tuán)的周圍，那么這團(tuán)暗物質(zhì)大概率的是球狀的。這種暗物質(zhì)與其他地方的暗物質(zhì)性質(zhì)是一樣，都是無數(shù)的暗天體匯集而成。我們知道，距離星系團(tuán)中心越近，暗物質(zhì)分布就越稠密，這幾乎是所有天體系統(tǒng)物質(zhì)分布的普遍情況。星系團(tuán)中心區(qū)域，暗物質(zhì)稠密，呈現(xiàn)出了明顯的暗物質(zhì)存在性。隨著遠(yuǎn)離中心區(qū)域，暗物質(zhì)分布密度急劇下降，引力透鏡效果就不明顯了，感覺的暗物質(zhì)就少了。

????引力透鏡效果在大范圍區(qū)域不好感覺或不明顯。引力透鏡在物質(zhì)密度發(fā)生遞變的情況下，才能逐漸感覺到。比如，暗物質(zhì)的邊緣區(qū)域，可以感覺明顯的引力透鏡效應(yīng)，因?yàn)檫@里是密度發(fā)生遞變的區(qū)域。如果物質(zhì)密度變化不大，就是再多的物質(zhì)，也不好感覺引力透鏡效應(yīng)。比如，在星系團(tuán)的非邊緣區(qū)域，這里依然有同樣密度或同樣多的暗物質(zhì)，但是由于暗物質(zhì)分布密度差異不大，因此，是感覺不出引力透鏡效果的，給人的感覺，相當(dāng)于這里沒有暗物質(zhì)。而星系團(tuán)中心區(qū)域，暗物質(zhì)密度明顯增加，產(chǎn)生了明顯的密度變化，自然可以給人產(chǎn)生暗物質(zhì)感覺。

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圖75 這是一張由夏威夷凱克望遠(yuǎn)鏡利用星系引力透鏡效應(yīng)獲取的圖像，科學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)遙遠(yuǎn)的星系主要由神秘的暗物質(zhì)組成。有了前面的靈感，我們研究這幅圖，似乎簡(jiǎn)單多了。這是用紅色表示暗物質(zhì)分布，紅色越亮，表示暗物質(zhì)越多，這是科學(xué)家根據(jù)引力透鏡效應(yīng)的大小，得到的觀點(diǎn)。

?????實(shí)際上，很有可能不是這樣的。我們已經(jīng)知道，大范圍暗物質(zhì)的引力透鏡效果與小范圍暗物質(zhì)的引力透鏡效果是不一樣的。此圖顯示了一種大范圍的引力透鏡效果，這是一個(gè)星系尺度的暗物質(zhì)團(tuán)，距離我們遠(yuǎn)近適中，其屬于大范圍暗物質(zhì)引力透鏡效應(yīng)。星系尺度并不必然對(duì)應(yīng)大范圍暗物質(zhì)引力透鏡效果，并且，絕大部分并不是這種情況。距離再遠(yuǎn)一些，星系尺度就不是大范圍暗物質(zhì)引力透鏡效果了。

此星系團(tuán)的球狀暗物質(zhì)分布的邊緣區(qū)域，有著明顯的引力透鏡效果，在一定的尺度范圍內(nèi)，存在明顯的暗物質(zhì)密度差異或暗物質(zhì)分布差異，也就是從邊緣到里面擁有越來越多的暗物質(zhì)，引力透鏡效果非常明顯，讓人感覺到了明顯的暗物質(zhì)存在。繼續(xù)往里面前進(jìn)，暗物質(zhì)分布空間差異不大了，暗物質(zhì)對(duì)光線的引力作用效果相互中和了，引力透鏡效果逐漸不明顯了，我們也就不容易感覺到暗物質(zhì)的存在了。實(shí)際上，這里有更多的暗物質(zhì)。

在接近星系中心區(qū)域的時(shí)間，暗物質(zhì)密度明顯大了起來，并且暗物質(zhì)的分布厚度也是逐漸增大的。因?yàn)榘滴镔|(zhì)是球狀的，穿過暗物質(zhì)球的中心區(qū)域，自然可以經(jīng)過更多暗物質(zhì)，相當(dāng)于穿過了暗物質(zhì)球的直徑。穿過暗物質(zhì)球的其他區(qū)域，路徑自然比直徑要小，在暗物質(zhì)密度相同時(shí)，光線穿過的暗物質(zhì)自然要少一些。實(shí)際上，暗物質(zhì)球的中心區(qū)域的暗物質(zhì)密度也大。此時(shí)，穿過暗物質(zhì)球中心區(qū)域的光線，又開始有明顯的引力透鏡效果了，我們此時(shí)又感覺到明顯的暗物質(zhì)存在了。

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圖76 美國(guó)科學(xué)家把同一個(gè)區(qū)域的可見光圖像與根據(jù)引力透鏡得到的暗物質(zhì)圖像放到一起的對(duì)比視覺圖。兩幅圖雖然視覺差異很大，但還是有些相仿之處的。至少，從這兩幅圖的對(duì)比中，可以感覺到可見物質(zhì)與暗物質(zhì)的分布具有很大的一致性?？傮w上，就是哪里可見物質(zhì)多，那里暗物質(zhì)就多，反之亦然，可見物質(zhì)與暗物質(zhì)相伴而生。具有同甘苦共患難的特征。從更細(xì)的角度看，可見物質(zhì)分布又與暗物質(zhì)分布有明顯不同。這體現(xiàn)了二者相輔相成，又有不同的特征。什么特征呢？我們應(yīng)該能感覺到，其實(shí)我們已經(jīng)說過多次，可見物質(zhì)在中部，暗物質(zhì)在外圍，暗物質(zhì)大致成球狀分布在可見物質(zhì)的外圍。

無論太陽系這樣的恒星系，銀河系這樣的星系，還是本星系團(tuán)或超本星系團(tuán)這樣的星系團(tuán)，暗物質(zhì)都在外圍，呈球狀包圍著里面的可見物質(zhì)。既然暗物質(zhì)與可見物質(zhì)的分布存在一定的差異，那么，星系的可見物質(zhì)圖像與根據(jù)引力透鏡得到的暗物質(zhì)圖像有所差異自然是很正常的。完全一樣的話，那就不正常了。

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5.5宇宙大尺度結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀對(duì)暗物質(zhì)（暗天體）的需求

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物質(zhì)局部集中，整體物質(zhì)均衡分布的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)狀態(tài)，曾經(jīng)引出了對(duì)暗物質(zhì)的需求，其實(shí)這個(gè)也并不是必需的。等價(jià)地或等質(zhì)量的暗天體（粒子、原子、分子、塵埃、顆粒、小天體、矮行星、行星、褐矮星、恒星、中子星、黑洞、球狀星團(tuán)、矮星系等）設(shè)想完全可以起到同樣的作用，并不必然需要暗物質(zhì)的存在。

我們知道，宇宙物質(zhì)密度，決定局部物質(zhì)的集中程度。因?yàn)槲镔|(zhì)密度決定引力大小，而引力大小決定物質(zhì)的匯集水平?？茖W(xué)家計(jì)算得到，僅靠可見物質(zhì)，是不足以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在的宇宙物質(zhì)分布狀況的。需要多幾倍的物質(zhì)，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在的宇宙物質(zhì)分布狀況。這就是宇宙大尺度結(jié)構(gòu)對(duì)暗物質(zhì)的需要，其實(shí)暗天體完全可以替代所謂的暗物質(zhì)，暗物質(zhì)可以退出此領(lǐng)域了。

雖然如此情況，我們還是要談?wù)劥蟪叨扔钪娼Y(jié)構(gòu)的形成。這是在假設(shè)宇宙大爆炸之后，物質(zhì)是均勻散開。也就是初始宇宙物質(zhì)分布是高度均勻的，或者說至少局部區(qū)域是高度均勻的。宇宙大爆炸的急速膨脹，不要談光速了，宇宙大爆炸初期，那速度快得嚇人。聽說那時(shí)還有空間膨脹現(xiàn)象，總之是不合常理的。一旦涉及宇宙學(xué)，我們就要只管其一不管其余，這是宇宙學(xué)風(fēng)格。理解不理解，就暫且這樣認(rèn)為吧！

我們知道均衡狀態(tài)的氣體分子，內(nèi)部依然會(huì)有密度或速度等物理量的漲落現(xiàn)象，這是一種隨機(jī)性的概率現(xiàn)象。物質(zhì)分布均勻的宇宙，也會(huì)產(chǎn)生局部密度分布的漲落現(xiàn)象。好，到這一步就好了。一旦有局部物質(zhì)密度的漲落現(xiàn)象發(fā)生，局部區(qū)域引力作用就不再均衡了，就會(huì)產(chǎn)生引力作用差異現(xiàn)象，物質(zhì)就會(huì)在引力作用下開始集聚。平衡一旦被打破，集聚就會(huì)發(fā)生，并且集聚是一種加速行為。因?yàn)椋郊?，產(chǎn)生的引力差異就越明顯，引力作用就越大，物質(zhì)獲得的加速度就越大，物質(zhì)集聚自然是呈現(xiàn)逐漸加速狀態(tài)。

物質(zhì)集聚邏輯我們已經(jīng)懂了，并且集聚的狀態(tài)是逐漸加速的，我們也已經(jīng)知道了，那么物質(zhì)集聚的平均速度與什么有關(guān)呢？根據(jù)引力公式，引力的大小與常數(shù)G有關(guān)，這個(gè)我們認(rèn)為是不變的，可以不管他。還與距離的平方成反比，由于物質(zhì)間隔距離幾乎是從零開始的，或需要經(jīng)歷同樣的路程，因此，這個(gè)也可以不考慮。只剩余質(zhì)量了，這個(gè)必須要考慮了。

事實(shí)上，此時(shí)的質(zhì)量與密度幾乎是等價(jià)的。也就是局部的物質(zhì)密度決定了物質(zhì)的集聚速度，因?yàn)槲镔|(zhì)密度決定加速度，而物質(zhì)集聚的速度由加速度與時(shí)間決定。根據(jù)加速度公式，與加速度作用下的距離公式，也就是集聚物質(zhì)獲得的速度與移動(dòng)的距離都與加速度成正比。而集聚物質(zhì)獲得的加速度與局部物質(zhì)分布密度成正比，在體積一定時(shí)，也就是與局部物質(zhì)質(zhì)量成正比。因此，宇宙局部區(qū)域物質(zhì)集聚的速度與局部物質(zhì)的質(zhì)量成正比，即與局部物質(zhì)的物質(zhì)密度成正比。

宇宙大爆炸之后到現(xiàn)在的時(shí)間我們已經(jīng)知道，怎么知道的？我也不知道怎么知道的。不要較真，宇宙學(xué)太繁雜了。根據(jù)公式S=0.5αtt，可以知道S是由α決定的，雖然α也是個(gè)變值，但如果把S分成若干段落，α就可以大致取某個(gè)值了。實(shí)際上根據(jù)公式，可以感覺到α與S成正比，由距離S可以估測(cè)加速度α。

距離S是誰呢？距離S就是宇宙物質(zhì)空洞的尺度的一半，也就是根據(jù)宇宙多個(gè)物質(zhì)空洞的尺度，感覺物質(zhì)集中的程度。進(jìn)而感覺加速度α，進(jìn)而推測(cè)宇宙物質(zhì)密度。這個(gè)推測(cè)的宇宙物質(zhì)密度，與實(shí)際上看到的宇宙物質(zhì)密度（即宇宙的可見物質(zhì)密度）對(duì)比一下，就可以估測(cè)看不見的物質(zhì)密度或物質(zhì)總量了。這就是宇宙大尺度結(jié)構(gòu)對(duì)暗物質(zhì)（暗天體）的需求。

我們按照上面的邏輯，試一下吧！

美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)天文學(xué)教授勞倫斯·魯?shù)履峥坡暑I(lǐng)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑約為10億光年的超級(jí)“空洞”，那里沒有星體，沒有星系，也沒有神秘的看不見的暗物質(zhì)。魯?shù)履峥坪屯略诿绹?guó)《天體物理學(xué)雜志》上撰文說，他們是在研究全美射電天文觀測(cè)臺(tái)和美國(guó)的“威爾金森微波各向異性探測(cè)”衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，在獵戶星座西南方向的波江星座中發(fā)現(xiàn)這個(gè)“巨洞”的。

魯?shù)履峥普f，這個(gè)“空洞”的所在區(qū)域與眾不同，因?yàn)槠溆钪嫖⒉ê捅尘拜椛錅囟缺绕渌钪鎱^(qū)域都略微低一些，研究人員將其稱為“冷區(qū)”。這種溫度上的差別可能只能以“那里存在一個(gè)巨大‘空洞’”來解釋。宇宙微波背景輻射來到我們地球，其歷程情況會(huì)影響波長(zhǎng)，比如頻率會(huì)出現(xiàn)紅移或藍(lán)移情況。電磁波經(jīng)過的路線的物質(zhì)密度偏低的話，會(huì)產(chǎn)生引力紅移現(xiàn)象，這是宇宙微波背景輻射經(jīng)過空洞區(qū)域后，溫度變低的原因。這里的溫度變低是電磁波頻率變低的通俗說法。

“這次發(fā)現(xiàn)的空洞體積是我們先前推測(cè)的‘典型空洞’體積的1000倍?！笨斩粗傅氖怯钪嫖镔|(zhì)絲狀結(jié)構(gòu)之間的空間。也就是其尺度是典型空洞的10倍，由于這個(gè)巨型空洞的直徑是10億光年，因此，典型空洞的直徑大致是1億光年。

如果宇宙物質(zhì)集聚程度按照典型空洞1億光年的尺度計(jì)算，半徑就是0.5億光年。宇宙局部物質(zhì)自宇宙大爆炸后到現(xiàn)在，在引力作用下，已經(jīng)平均移動(dòng)0.5億光年的距離。也就是公式S=0.5αtt的S取值0.5億光年。宇宙已經(jīng)誕生138億年，局部物質(zhì)每年需要移動(dòng)，0.5億除以138億約等于0.003623倍光速，約等于1087千米每秒。這是平均空洞情況下的平均速度，再大一些的空洞，需要的平均速度就大了。比如，上面介紹的尺度大10倍的空洞，平均速度也需要大10倍，這就達(dá)到上萬千米每秒了。要么需要更多的宇宙物質(zhì)，要么宇宙形成理論需要改變。實(shí)際情況究竟如何，有待繼續(xù)觀測(cè)。

我們知道，宇宙局部物質(zhì)是慢慢加速的過程，并且加速度也是逐漸增大的，這意味著宇宙局部物質(zhì)并不是勻加速過程，而是加速度遞增的過程。這個(gè)結(jié)論可以讓局部物質(zhì)集聚的平均速度小于現(xiàn)在速度的一半。如果是勻加速過程，平均速度等于現(xiàn)在速度的一半。這意味著現(xiàn)在宇宙局部地區(qū)的物質(zhì)匯集速度大于2倍的平均速度，即大于2174千米每秒的速度。當(dāng)然，實(shí)際上情況比較復(fù)雜，因?yàn)?，科學(xué)家說，幾十億年前，宇宙開始逐漸空間膨脹了。在計(jì)算時(shí)，需要扣除這個(gè)因素的影響。不過，我們的思路是正確的，大致思路就是如此。這就是宇宙大尺度結(jié)構(gòu)對(duì)暗物質(zhì)（暗天體）的需求情況。

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5.6了解一下宇宙空洞區(qū)域

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奧斯提里卡的研究小組通過計(jì)算機(jī)模擬了宇宙的結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示在宇宙中物質(zhì)總密度非常低的地方光會(huì)突然寂滅。研究人員計(jì)算后認(rèn)為，一個(gè)地方的物質(zhì)密度若低于某個(gè)水平，在那里就很難形成恒星，因而也就不會(huì)發(fā)光。

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圖77 ?圖中白色纖維包圍的空隙部分就是宇宙空洞，原圖NASA發(fā)圖。

奧斯提里卡的研究人員認(rèn)為，這些空蕩的地方也許是“低密度宇宙”所在，它們占據(jù)了宇宙空間的85%，其中的物質(zhì)成分僅是宇宙物質(zhì)總量的20%，這就是空洞。這些數(shù)據(jù)顯示空洞區(qū)域的物質(zhì)密度只是宇宙平均物質(zhì)密度的23.5%?？斩吹男纬墒怯捎谝ψ饔脦淼奈镔|(zhì)匯集，導(dǎo)致被匯集物質(zhì)區(qū)域的物質(zhì)大幅度減少?？梢韵胂蠡驍喽ǖ氖牵斩磪^(qū)域的物質(zhì)不可能流失干凈，還會(huì)保存一小部分物質(zhì)。按照科學(xué)家的數(shù)據(jù)，大致保留了之前物質(zhì)的23.5%，大部分物質(zhì)流失了。

宇宙局部的物質(zhì)匯集速度與密度成正比，局部物質(zhì)的匯集速度就是宇宙的演化速度，因此，宇宙的演化速度與宇宙密度成正比。局部宇宙的演化速度自然也符合同樣的道理，與局部物質(zhì)密度成正比。宇宙空洞區(qū)域由于大部分物質(zhì)流失，所剩物質(zhì)占比不大，意味著局部地區(qū)的演化較為緩慢。比如，空洞區(qū)域的物質(zhì)密度不足宇宙平均密度的四分之一，其演化速度自然不到宇宙演化速度的四分之一。也就是說物質(zhì)空洞區(qū)域保持著宇宙前期的宇宙面貌，這里的物質(zhì)結(jié)構(gòu)或物質(zhì)分布狀況是宇宙前期的活化石。

宇宙空洞區(qū)域的演化狀態(tài)相當(dāng)于宇宙110億年前的演化狀態(tài)，那時(shí)的星系還在逐漸形成中，物質(zhì)匯集程度比現(xiàn)在要弱得多。那時(shí)的宇宙空洞尺度要比現(xiàn)在小得多，就是按照勻加速水平計(jì)算，由公式S=0.5αtt可以大致計(jì)算出110億年前的宇宙空洞尺度。時(shí)間t大致等于四分之一到五分之一的宇宙時(shí)間，其平方后，大致為S等于現(xiàn)在S的二十分之一。也就是那時(shí)的宇宙空洞尺度大致是1億光年的二十分之一，0.05億光年。500萬光年的平均直徑尺度，相對(duì)現(xiàn)在宇宙空洞是很小的空間?？梢?，那時(shí)的宇宙空洞數(shù)量遠(yuǎn)比現(xiàn)在多，宇宙物質(zhì)在不算太大的范圍內(nèi)，都較為均勻。那時(shí)應(yīng)該沒有星系團(tuán)或超星系團(tuán)，還沒有形成現(xiàn)在的宇宙物質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。那時(shí)，空洞區(qū)域占次要空間。

我們假設(shè)是勻加速運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上，宇宙物質(zhì)匯集是加速度增大的運(yùn)動(dòng)，因此，110億年前，物質(zhì)空洞的平均直徑要明顯低于500萬光年，也許只有200萬光年。如果這樣的話，那時(shí)的宇宙物質(zhì)分布在小尺度內(nèi)也是較為均勻的。在微小尺度內(nèi)，物質(zhì)分布才是集中的。那時(shí)很有可能還沒有形成星系，物質(zhì)是較為分散的，或相對(duì)均勻地分布。那時(shí)的宇宙光度是不大的，或很小的。由于那時(shí)的宇宙還比較小，雖然光度不大，但應(yīng)該會(huì)是較為明亮的。

現(xiàn)在的宇宙空洞區(qū)域，其物質(zhì)密度只是宇宙平均密度的23.5%，占據(jù)宇宙空間15%區(qū)域的宇宙物質(zhì)稠密區(qū)域物質(zhì)密度是宇宙平均密度的5.67倍。宇宙物質(zhì)稠密區(qū)域的物質(zhì)平均密度是宇宙空洞區(qū)域物質(zhì)平均密度的24倍。這樣的密度差異對(duì)應(yīng)的演化速度差異就更大了，因此，在空洞區(qū)域，物質(zhì)分布較為均勻，沒有明顯集中，更沒有形成星系，局部質(zhì)量匯集形成的天體質(zhì)量平均較小，恒星質(zhì)量占比很小，顯得很暗淡。

空洞區(qū)域物質(zhì)密度較低，這可是包括可見物質(zhì)和所謂的暗物質(zhì)的。也就是說，空洞區(qū)域不僅可見物質(zhì)少，而且所謂的暗物質(zhì)同樣少?？梢姡梢娢镔|(zhì)與暗物質(zhì)的分布趨勢(shì)是多么的一致性。可見物質(zhì)多的地方，所謂的暗物質(zhì)也會(huì)多，反之亦然。

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5.7宇宙微波背景輻射

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宇宙大爆炸之后的前期，急速膨脹的宇宙的某個(gè)階段，超高溫物質(zhì)輻射出頻率極大的伽馬射線，也就是光線中的最大頻率了。伽馬射線輻射是向四面八方的，沒有方向傾向的。這個(gè)階段的宇宙是伽馬射線輻射期，估計(jì)其中的絕大部分伽馬射線被吸收了，但還殘存了一部分。

殘存的伽馬射線隨著宇宙膨脹而頻率降低，殘存的伽馬射線在頻率變低的過程中，依然被損耗著。其數(shù)量隨著時(shí)間而減少，不過，到現(xiàn)在，依然保留著很大數(shù)量。以至于到現(xiàn)在依然能觀測(cè)到這些光線的存在，這就是宇宙微波背景輻射?？梢姡菚r(shí)的宇宙，有多少伽馬射線吧！數(shù)量巨大，單個(gè)伽馬射線的質(zhì)量也不小，其總質(zhì)量尤為壯觀。

宇宙的膨脹，導(dǎo)致物質(zhì)密度隨之下降，引力場(chǎng)強(qiáng)度跟著下降，這會(huì)讓空間中的光線頻率同步減小。這可以理解成引力紅移。在我們現(xiàn)在的宇宙中，大質(zhì)量天體表面出來的光線都會(huì)產(chǎn)生明顯的引力紅移。但是，引力紅移程度有限，比如，頻率下降一半都是很大的引力紅移水平了，幾乎沒有頻率下降到十分之一或百分之一的情況。

從黑洞的史瓦西半徑處，按照廣義相對(duì)論，光線是出不來的。但在史瓦西半徑區(qū)域的外面，光線是可以出來的。這個(gè)區(qū)域的光線雖然可以出來，但是，會(huì)受到極大的引力作用，光線紅移會(huì)很明顯。按照普通的引力勢(shì)能公式，到無限遠(yuǎn)的地方，光線幾乎可以被紅移到無限小。實(shí)際上，是不能按照普通的引力勢(shì)能公式的，必須考慮光子本身能量的變化。需要用上微積開方程，此時(shí)，光子的頻率變化幅度就會(huì)明顯小一些了，但依然很可觀。

從伽馬射線紅移到幾K的溫度對(duì)應(yīng)的微波頻率，紅移幅度確實(shí)極大。這顯示了宇宙物質(zhì)密度減小幅度很大，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)壯觀的紅移。實(shí)際上，宇宙物質(zhì)密度確實(shí)減少極大，現(xiàn)在的宇宙物質(zhì)密度已經(jīng)很小了。

宇宙物質(zhì)的相互遠(yuǎn)離與宇宙空間的膨脹，都會(huì)產(chǎn)生同樣的光線紅移。因此，光線的紅移貢獻(xiàn)中，也有宇宙空間膨脹的份額。宇宙空間膨脹，會(huì)拉開物質(zhì)距離，降低物質(zhì)密度，導(dǎo)致引力場(chǎng)強(qiáng)度下降，這樣宇宙物質(zhì)分離的效果是一樣的或等效的。同樣是拉開物質(zhì)距離，降低物質(zhì)密度，導(dǎo)致引力場(chǎng)強(qiáng)度下降。因此，二者對(duì)光線的引力紅移影響是等價(jià)的或等效的。

根據(jù)現(xiàn)在的微波背景輻射頻率，之前的伽馬射線頻率，通過光線的紅移幅度，來估測(cè)那時(shí)宇宙的物質(zhì)密度或總質(zhì)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，宇宙現(xiàn)在的可見物質(zhì)總量是不足以實(shí)現(xiàn)這么大的紅移幅度的。想實(shí)現(xiàn)這么大的紅移幅度，需要多幾倍的物質(zhì)總量。這就為暗物質(zhì)的出現(xiàn)提供了便利。實(shí)際上，有了暗天體等概念，完全可以不需要暗物質(zhì)概念了，暗天體可以實(shí)現(xiàn)同樣的效果。

既然談到引力紅移或微波背景輻射，我們完全可以暢想一下。遠(yuǎn)離我們的星系發(fā)出的光線的多普勒效應(yīng)，很有可能不是真正的多普勒效應(yīng)，其依然屬于引力紅移。比如，距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，發(fā)出的光線時(shí)間越早，這些光線同樣會(huì)隨著宇宙物質(zhì)相互遠(yuǎn)離而產(chǎn)生引力紅移效應(yīng)。距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系，這樣的引力紅移效應(yīng)就越明顯。我們把這些引力紅移效應(yīng)當(dāng)作多普勒效應(yīng)，根據(jù)多普勒效應(yīng)，我們感覺這些星系在遠(yuǎn)離我們，并且距離我們?cè)竭h(yuǎn)，遠(yuǎn)離我們的速度就越大。進(jìn)而我們得出空間膨脹的結(jié)論設(shè)想。這大概率是我們的一種誤解。如果情況如此，這確實(shí)是一個(gè)大問題，也許我們不經(jīng)意間解決了暗能量問題。沒有空間膨脹，就不需要暗能量了。這確實(shí)太令人吃驚了，難道真的是踏破鐵鞋無覓處，得來全不費(fèi)功夫。

????如果遠(yuǎn)離我們的星系的光線紅移屬于引力紅移，其紅移幅度并不大?？梢?，宇宙微波背景輻射的紅移量主要發(fā)生在宇宙大爆炸后的前期，此時(shí)是宇宙物質(zhì)很稠密的時(shí)候，引力場(chǎng)強(qiáng)度很大的時(shí)候。這個(gè)時(shí)間段雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是紅移量極大。后來隨著宇宙物質(zhì)分布稀疏以后，光線紅移就小多了，長(zhǎng)期的紅移累積效果也不大。

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5.8其他傾向于暗物質(zhì)的說法并不必然需要暗物質(zhì)

圖78 歐洲南方天文臺(tái)（ESO）以地球角度拍攝的可見光波段的銀河系側(cè)面景觀，似乎有云層阻擋銀河系光線，其實(shí)這是銀河系邊緣區(qū)域的暗天體阻擋或吸收光線所致。這些暗天體占了銀河系質(zhì)量的大部分。

圖79 ?2MASS巡天項(xiàng)目發(fā)布的紅外波段的銀河系側(cè)視圖，看起來云層少多了，紅外線的穿透能力畢竟要強(qiáng)于可見光。雖然如此，這依然顯示銀河系邊緣區(qū)域的暗天體的存在。

英國(guó)卡地夫大學(xué)羅勃特·閔琴領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際天文研究小組，在研究位于室女座星系群中，超級(jí)星系M99（NGC?4254）時(shí)意外發(fā)現(xiàn)VIRGOHI21星系，它所包含的氫氣是太陽所擁有氫元素的上億倍。在M99星系周圍觀測(cè)到典型的氣體發(fā)光現(xiàn)象，后來的重力測(cè)量結(jié)果顯示，M99星系旁邊肯定存在著一個(gè)巨大的重力源，但是卻觀測(cè)不到任何可見的星系。據(jù)此判斷這是一個(gè)暗星系。

美國(guó)康奈爾大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際天文學(xué)研究小組通過設(shè)在荷蘭的“威斯特博爾克綜合射電天文望遠(yuǎn)鏡”（Westerbork Synthesis Radio Telescope），精確測(cè)定了該星系的大小。通過哈勃太空望遠(yuǎn)鏡地進(jìn)一步觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該星系中不存在一顆恒星，甚至連構(gòu)成普通恒星和行星的物質(zhì)也找不到。2007年6月18日宣布，最終證實(shí)該天體構(gòu)造其實(shí)是一個(gè)暗星系，其尺寸與普通的星系差不多，但由暗物質(zhì)組成。

英國(guó)諾丁漢大學(xué)的梅里菲爾德則認(rèn)為，閔琴研究小組觀測(cè)到的可能根本就不是暗星系。梅里菲爾德說：“他們的觀測(cè)結(jié)果充滿矛盾。我猜測(cè)，他們可能被兩個(gè)飛過的氫云愚弄了?！泵防锓茽柕抡f，一個(gè)天體從另一個(gè)天體身邊經(jīng)過會(huì)影響后者的旋轉(zhuǎn)速度。

但閔琴仍認(rèn)為：“據(jù)目前所知，室女座星系附近沒有氫云，兩個(gè)氫云在一起幾乎是不可能的?！遍h琴認(rèn)為，他們很可能低估了暗星系中氫氣的含量。

還有人認(rèn)為這個(gè)區(qū)域并不是一個(gè)獨(dú)立的星系，它只不過是附近星系“NGC 4254”的一個(gè)尾巴而已。

據(jù)研究資料顯示，“VIRGOHI21”暗星系的質(zhì)量大約為太陽的1000億倍，距離地球5000多萬光年。相當(dāng)于銀河系質(zhì)量的三分之一。不過，值得欣慰的是，這個(gè)所謂的暗星系，并不完全由暗物質(zhì)組成，畢竟里面包含了相當(dāng)于太陽上億倍的氫元素?？紤]到低估的可能性，也許是10億倍太陽質(zhì)量的氫元素。這個(gè)星系的位置處于大星系的外圍，物質(zhì)構(gòu)成比較原始，即由氫氣為主。說明這里還沒有形成過大型天體，沒有發(fā)生過超新星事件。這里也許連太陽級(jí)別的恒星也很少，也許是以更小的天體為主。一個(gè)以中小型天體為主的星系，這種可能性極低，從概率上看，可能也會(huì)有這樣的事情吧！

我以為科學(xué)家是通過引力透鏡找到了幾乎全部是暗物質(zhì)組成的星系，看來不是這樣的。不過，這依然是個(gè)大麻煩。這個(gè)不好解釋，如果是科學(xué)家搞錯(cuò)了，還好說。如果科學(xué)家觀測(cè)沒有問題，問題就大了。該怎么解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？

絕大部分由暗物質(zhì)組成的星系，實(shí)在不可思議，暗物質(zhì)必然會(huì)吸引周圍的可見物質(zhì)，而可見物質(zhì)必然會(huì)發(fā)生碰撞，趨向集中化，形成可見天體。從概率上看，幾乎沒有形成純粹的暗物質(zhì)星系的可能性，因?yàn)榘滴镔|(zhì)必然會(huì)拉攏可見物質(zhì)，形成以暗物質(zhì)為主的星系，這是幾乎所有星系的普遍情況。當(dāng)然，按照我們本書的邏輯或觀點(diǎn)，暗物質(zhì)是不存在的，只是一種誤會(huì)而已。

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小結(jié)

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本章從多個(gè)方面闡述著筆者的一貫觀點(diǎn)，暗物質(zhì)只是暗天體，不是非常規(guī)物質(zhì)。有瑕疵的地方是，暗物質(zhì)星系的常規(guī)物質(zhì)解釋有些困難，這是本書關(guān)于暗物質(zhì)來龍去脈內(nèi)容的最大麻煩。