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多年来，物理学家和天文学家想从最基本的层面理解暗物质的性质。它是由新型基本粒子组成的吗？还是由一些不可见的密度天体（例如黑洞）组成的？如果是粒子组成的，它是否会与重子物质相互作用，还是说暗物质粒子自身会发生我们看不见的作用？暗物质粒子不止一种吗？

暗物质在星系，乃至在宇宙中的角色都极其重要，宇宙中的暗物质无处不在，但却无法观测，天文学家们只能通过一些侧面的引力作用观测暗物质带来的影响，这就像黑洞，黑洞也无法直接观测，天文学家只有在黑洞“进食”的时候才可以观测。未来，天文学家希望使用大型地下探测器，太空望远镜或CERN的大型强子对撞机探测暗物质粒子。

两个大型强子对撞机的磁铁会耦合在一起，蓝色圆柱体包含磁轭和磁偶极线圈，还有冷却磁体使其超导所需的液氦系统

天文学家们根据暗物质与星系的相互作用，得出一个新的结论，即使暗物质没有与重子物质（所有星系星云和宇宙超巨大结构，所有可直接观测物质）相互作用，暗物质的自相互作用也可以帮助天文学家发现暗物质。比如银河系外围的暗物质与其自身在银河系中心的暗物质相互作用，则银河系的内部结构将有所不同。当我们在夜空时看到很多明亮的气体云和恒星时，也可能“看到了”一种或多种彼此相互作用的暗物质粒子。或者，科学家们可以在实验室或太空中检测到与磁场相互作用的粒子，它可能就是暗物质粒子。

暗物质存在的蛛丝马迹

对于理论物理学家或者天文学家来说，暗物质是一个有希望的研究目标，因为我们知道它存在，但是我们暂时还不知道它的基本含义，那么我们为什么不知道暗物质的基本含义呢？主要是因为到目前为止，暗物质与重子物质的相互作用非常少，还不足以确定重子物质与暗物质之间作用的数据。

NASA哈勃太空望远镜（蓝色）和钱德拉X射线天文台（粉红色）拍摄的六个不同星系团的图像，这是为了研究星系团在碰撞时暗物质所扮演的角色

整个宇宙中有四分之一是暗物质，天文学家们是从其引力效应中推断出来的，而不是通过电磁影响（这是发现重子物质的方式）推断出来的。暗物质是一个复杂的概念，对于我们来说这会更复杂，因为我们每个人的五感全部源于电磁相互作用。例如，视觉是基于我们对光的敏感性，这其实就是特定频率范围内我们对电磁效应的敏感性。我们可以看到任何东西，也是因为组成它的原子会发出或吸收光，我们通过科学仪器还可以看到原子中电子和质子携带的电荷。

但是，物质不一定由原子组成，宇宙中绝大多数物质是由完全不同的粒子组成的，我们的眼睛看不到没有电磁相互作用的物质。天文学家是通过观察暗物质对我们银河系中恒星的影响（其旋转速度太快，以至于自身物质的引力无法束缚）以及星系团中银河系的运动（还是太快，无法仅由我们看到的物质来解释）来确定暗物质的。除了星系引力作用，暗物质还在大爆炸后的宇宙微波背景辐射上留下了印记，对超新星爆炸可见物质的轨迹造成了影响，等等……

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