天体物理复习课件.ppt

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1、天文学是自然界中最古老、最基本的学科。但永远是最前沿的科学，随着空间探测技术的发展，人们对宇宙的认识越来越深入。到现在为止，天文学给出的更多的是问题，而非答案。,众所周知，自然界有四大基本起源问题:宇宙的起源,太阳系的起源,生命的起源,人类的起源。,要回答这些问题，离不开天文学知识，离不开掌握自然科学多领域的复合型人才。,俗话说的好：上知天文、下晓地理。这是对个人知识渊博的一种赞美。,天文学,宇宙的含义,英文：Universe 天地万物，强调物质现象的总和。Cosmos 来自希腊文，还有井然有序之义，强调的是整体宇宙的结构或构造。中文:“四方上下曰宇,往古来今曰宙，以喻万物。”淮南子原道训 即

2、空间和时间的总和，最为完备和科学，体现了中国古代劳动人民所具有的伟大智慧。,宇宙的现代概念-无限,宇宙是指广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称，并且宇宙是处于不断的运动和发展之中的。人类目所能及的地方以及人类还没有看到但是仍然存在的物质都是宇宙。天文学上的总星系即所谓的“可观测宇宙”。,何谓天体物理学？,天体物理=天 体|物 理（天文学）|（物理学）天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科，属于边缘学科之一。,天体,宇宙的基本特性物质性：天体多样性 运动性：天体系统层次性什么是天体？天体指宇宙中所有的物质。,天体的类

3、型,自然天体：恒星、行星、卫星、星云、流星、彗星、星际物质（气体和尘埃）；人造天体：在空间飞行的人造地球卫星、国际空间站等,天体系统是怎样形成的？,天体之间相互吸引和相互绕转，形成天体系统。太阳大,地球小,地球绕着太阳跑。地球大,月亮小,月亮绕着地球跑。,运动性：天体系统层次性,“可观测宇宙”：,天体物理学的研究方法,物质客体的三个层次微观客体宏观客体宇观客体,天体的三个层次太阳与太阳系恒星与银河系星系与宇宙,天体物理的研究方法,观测方法主要借助光学望远镜和射电望远镜来获取宇宙信息；实验方法它是观测手段发展到高级阶段的产物，如人造卫星、登月飞船、航天飞机、空间探测器、太空望远镜、太空站等人类用

4、于探测宇宙的实验手段。还有”粒子物理实验模拟宇宙的形成”等；理论方法利用数学、力学、物理学和其他学科的成果，通过理论推理得到有关天体的科学结论。,天体物理学研究的意义,精确的时间和历法仍然是按照太阳和恒星的运动确定。（例如测时、守时、授时）可用于人造卫星运动轨道的控制，以及地面导航、通信等。（轨道计算、太阳黑子）可启发人们去思考、探索与人类的现在和未来息息相关的各种应用技术。（核聚变、新的更有效能量转换方式）可提高学生的科学文化素质、树立正确的宇宙观，提高辨别是非的能力、反对迷信和邪教的危害。,人与宇宙,农业与航行需要天象知识；得天独厚的地球养育人类；生命的起源来自宇宙空间；生命的元素来自恒星

5、（血红细胞中的Fe、骨骼里的Ca、呼吸的O2）；热核聚变 太阳能源的启示；牛顿的万有引力定律来自天体运动观测；天象预报,保卫地球。,宇宙起源学说,神话说盖天说浑天说宣夜说地心说日心说大爆炸说星云说,浑天说的两大法宝,浑仪，当时最先进的观天仪。浑天家可以用精确的观测事实来论证浑天说。在中国古代，依据这些观测事实制定的历法具有相当的精度。浑象，利用它可以形象地演示天体的运行。浑天说能简洁的解释日月星辰的运行出没。,宣夜说,宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想。它最早出现于战国时期，到汉代则已明确提出。不论是中国古代的盖天说、浑天说，还是西方古代的地心说，乃至哥白尼的日心说，无不把天看作一个坚

6、硬的球竞，星星都固定在这个球壳上。宣夜说打破了固体天球的观念，认为宇宙是无限的，宇宙中充满着气体，所有天体都在气体中漂浮运动。星辰日月的运动规律是由它们各自的特性所决定的，决没有坚硬的天球或什么本轮、均轮的束缚。宣夜说创造了天体漂浮于气体中的理论，并且在它的进一步发展中认为连天体自身、包括遥远的恒星和银河都是由气体组成。这和现代天文学的许多结论一致。宣夜说不仅认为宇宙在空间上是无边无际的，而且还进一步提出宇宙在时间上也是无始无终的、无限的思想。它在人类认只史上写下了光辉的一页。可惜，宣夜说的卓越思想，在中国古代没有受到重视，几至失传。,地心说,地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说，是世界上第一

7、个行星体系模型。代表人物：欧多克斯、亚里士多德、托勒密托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。,支持和发展“日心说”的代表人物,伽利略用自制天文望远镜观测星空，看到月球表面很多特征，金星像月球一样有圆缺变化，发现木星的四颗卫星，提供太阳系的新证据，又从太阳黑子运动推断太阳在自转，分辨出银河是有密集恒星组成，写了星空使者和关于托勒密和哥白尼两大世界体

8、系的对话，开创了近代天文学。用观测事实证明宇宙是无限的，影响更大，遭教廷残酷迫害，被命令焚毁著作，终身禁闭！天理何在？,支持和发展“日心说”的代表人物,开普勒：行星运行三大定律“椭圆轨道”牛顿：万有引力定律，奠立天体力学基础，哈雷彗星的回归和海王星的发现显示牛顿理论的威力！,大爆炸说,最有影响、最有希望的一种宇宙学说。1929年，天文学家哈勃公布了一个震惊科学界的发现：所有的河外星系都在离我们远去。即宇宙在高速地膨胀着。宇宙在膨胀，那么就可能有一个膨胀的起点。天文学家勒梅特认为，现在的宇宙是由一个“原始原子”爆炸而成的。这是大爆炸说的前身。美国天文学家伽莫夫接受并发展了勒梅特的思想，于1948

9、年正式提出宇宙起源的大爆炸学说。,大爆炸说,伽莫夫认为，宇宙最初是一个温度极高、密度极大的由最基本粒子组成的“原始火球”。根据现代物理学，这个火球必定迅速膨胀，它的演化过程好像一次巨大的爆发。由于迅速膨胀，宇宙密度和温度不断降低，在这个过程中形成了一些化学元素（原子核），然后形成由原子、分子构成的气体物质.气体物质又逐渐凝聚起星云，最后从星云中逐渐产生各种天体，成为现在的宇宙。,原始星云说,主要用来解释太阳系的形成18世纪下半叶由德国哲学家康德和法国天文学家拉普拉斯提出。他们认为：太阳系是由一块星云收缩形成的，先形成的是太阳，然后剩余的星云物质进一步收缩演化形成行星。,现代星云说,现代星云说认

10、为：形成太阳系的是银河系里的一团密度较大的星云，这块星云绕银河系的中心旋转着，当它通过旋臂时受到压缩，密度增大，达到一定密度时，星云就在自身引力的作用下，逐渐收缩。收缩过程中，一方面使星云中央部分内部增温，最后形成原始太阳，当原始太阳中心温度达到700万摄氏度时，氢聚变为氦的热核反应点火，于是，现代太阳便真正诞生了。另一方面，由于星云体积缩小，因而自转加快，离心力增大，逐渐在赤道面附近形成一个星云盘。星云盘上的物质在疑聚和吞并过程中，最后演化为行星和其他小天体。,天上的星星确实最多，比地球上的人口多得多。但不是最暗、最小的。数不清的星星，是与太阳一样能发光的恒星，许多比太阳大得多、亮得多。月亮

11、是地球的一颗卫星，是最小的。地球与水、金、火、木、土、天王、海王、（冥王）等行星和一些小行星及彗星围绕太阳运行。除水星、金星外，其他行星都有卫星，有的多达几十颗。这些行星、卫星、小行星和彗星与太阳一起构成太阳系。太阳系中的所有天体都跟随太阳围绕银河中心运行。太阳只是银河系中千多亿颗恒星中的一颗。而宇宙中还有亿万个像银河系这样的星系。,宇宙到底有多大？,宇宙航行,宇宙航行，就是在这样广袤的宇宙空间进行的，而我们现在的太空活动范围，远远不及海滨游泳池与大洋的比例。著名科学家钱学森指出，宇宙航行应包括两个阶段，第一阶段为航天，就是人类在太阳系内的航行活动；第二阶段为航宇，就是冲出太阳系到银河系，乃至

12、河外星系去航行。科学技术必须再有几次飞跃，人类才能实现航宇的理想。,时间问题：,大多数人恐怕还没有到过千米以外的太空，而地球与月球的距离大约是千米的万倍，地球与海王星的距离又是月球距离的万倍，约亿千米。美国著名的“旅行者”号探测器整整走了年才到达海王星。离我们最近的恒星半人马座a星的距离，是到海王星距离的万倍，约万亿千米，“旅行者”号要飞行年才能到达。如果按一代人工作年计算，则需要代人连续工作才能实现。如果要返回的话，则时间还得加倍。,能源动力问题,飞船要达到每秒钟飞行.千米的速度才能克服地球引力，围绕地球飞行；要达到每秒钟飞行.千米的速度，才能脱离地球引力，到行星际空间去旅行。为了送阿波罗马

13、飞船到月球上去，美国人制造了巨大的火箭“土星”。它由三级组成，加上装在顶端的阿波罗飞船，有米高，重多吨，最大直径达米。它的第一级发动机只工作分半钟，消耗燃料就有多吨。按一辆汽车每天用油千克计算，这些燃料可供辆汽车使用年！要飞出太阳系，飞船必须要达到每秒钟飞行.千米的速度，这该要多大的火箭？需要多少燃料？实际上是不能用现在的火箭作航宇飞行的动力的，即使携带着巨燃料的火箭能够起飞，带来的问题也很多，而且速度也太慢。显然需要另想办法。,通信问题,从半人马座a星向地球发电报，无线电波要走年多才能达到，那里要收到回电，则需等年。如果是万光年的距离，则来回要万年。要能走这么远的无线电波，需要一颗中等恒星的

14、发射功率、发报机的球形天线半径达万千米。这样强大的通信电台是无法建在地球上的，它发射的强大能量会即刻把地球毁灭掉。即使是在离地球个天文单位的地方建座球形天线半径为千米、作用距离为万光年的无线电发射台，所以材料的质量就是相当地球质量的五分之一，建造的时间需要万万年！,生命延续问题,一代人是不行的，飞船上必须要能容纳一个“部落”，靠子孙相传，一代接一代地去完成。这样，飞船上不仅要解决衣食住行问题，而且要解决社会发展的所有问题，也就是说飞船要携带一整个社会。,已发射的宇宙飞船能到达恒星吗？,1972年发射了先锋10号飞船，也就是一种行星探测器，它在第2年就飞过木星附近，然后飞向远方，而且已经飞出太阳

15、系，朝着恒星ROSS248星的方向飞去，这是离太阳较近的恒星，距离有10个光年，先锋1O号飞到那里需要33万年。旅行者飞船和它的情况差不多。就是向着最近我们的一颗恒星半人马星座的比邻星（距离43光年）飞去也要15万年以上，可见这个旅途是太远太远了！这些飞船上带有地球人给外星人的信息，谁知道将来会落在何处？按理说这些飞船是可能到达恒星世界的，虽然要上万年的时间。,透镜里的宇宙,罗马不是一天造成的，宇宙也不是！我们看到的早期宇宙，也许很大程度上是引力透镜夸大和扭曲后的样子。爱因斯坦的“引力透镜”：光线经过大质量天体附近时，会发生弯曲。,引力透镜：一个遥远类星体发出的光芒，经中间星系（或星团、黑洞或

16、随便什么质量巨大的东西）的弯折到达地球，因而显得更明亮，并产生多个虚像。,哈勃望远镜拍到的照片。图中几个蓝色的椭圆圈，是同一个幼年星系在橙色星系团的引力透镜作用下形成的多个虚像。,地球、引力透镜、观测对象恰好三点一线的概率实在太小,引力透镜,设于夏威夷的日本富士(Subaru)望远镜拍得的照片。图中央暗红色的是一个椭圆星系，它的引力透镜作用对同一个类星体（蓝色天体）形成了4个像。,类星体,离地球非常远几十乃至上百亿光年，体积很小、异常明亮。一个体积不超过太阳系的家伙，亮度超过包含几千亿颗恒星的星系。（银河系总共约有2千亿颗恒星）。俄罗斯科学家Y.Zeldovich的黑洞说认为：类星体是剧烈活动

17、的星系核，那里有一个巨型超级黑洞，正在贪婪地吞食气体尘云。物质跌入黑洞时释放引力能，发出强烈的光芒。通过类星体的亮度，可以判断中央黑洞的质量。光传播的速度是有限的，一个天体离我们多少光年远，我们看到的就是它多少年前的形象，观察遥远天体就是在观察宇宙的过去。,银河系并不是宇宙空间的尽头。在银河系之外，还有许许多多星系，人 们管它们叫“河外星系”。天文学家已发现10亿多个河外星系，每个河外星系都包含有几亿、几百亿甚至几千亿颗恒星和大量的星云和星际物质。所有河外星系又 构成更庞大的总星系。目前，通过射电望远镜和空间探测，已观测到距离我们地球约200亿光年的一种似星非星的天体，取名“类星体”。这种天体

18、的发现，把今 天人类视线拓展到200亿光年的宇宙深空。,宇宙的现代概念-无限,宇宙的起源伽莫夫的大爆炸理论,宇宙是什么时候、如何形成的?宇宙是约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。“在所存物质和能量聚集在一点”前存在着什么东西？,宇宙的结构,宇宙由星系的巨大超星系团构成，星系周围是大团看不见的空荡荡的太空。每个星系又包含了数以十亿计的恒星，

19、构成这些恒星的物质是一些小得看不见的粒子。质子、中子和电子是最普通的粒子，它们通常以原子的形式结合在一起。质子和中子由更小的粒子构成，它叫做夸克。宇宙由四种力或它们之间的相互作用支配：引力、电磁力、强核力和弱相互作用力。普适规则：物理学家们试图用单一的科学定理来解释宇宙的运动，“普适规则”认为所有力中引力、电磁力、强核力、弱相互作用力都是相互关联的，并且指出所有亚原子微粒可能都是由一种基本粒子产生的。,宇宙的形状,宇宙是什么形状的呢，是象地球一样的圆形，还是象银河系一样的扁平？通过再现宇宙形成初期的景象，天文学家证实了这样一种观点：宇宙的形状是扁平的，而且自形成以来一直在不断扩展。scienc

20、e上关于宇宙形状的近期报道：时空结构将宇宙微波背景（CMB）和宇宙的重要结构连在了一起。CMB是从各个方向袭击地球的持续的电磁声波。这些遥远的声音是大爆炸之后的遗留辐射。CMB也叫做宇宙背景辐射和微波宇宙背景。,宇宙的运动,宇宙从运动上来说是不断膨胀的，而从时间上来说则是循环的，只不过这个循环的周期很长而已 宇宙的运动是绝对的，静止是相对的。（证据：自转，公转，地球运转速度，轨道，形状变化，北斗七星的变化等）宇宙中几乎没有不运动的星体：（宇宙旅行；行星相撞；宇宙炮弹陨石、小行星的轰击；彗星穿行；光子流、粒子流、宇宙尘埃等）“大爆炸宇宙论”认为，宇宙总是周而复始地从诞生到消亡，再诞生，再消亡，我

21、们现在的这个宇宙只是从过去到未来的无限多的宇宙中的一个而已。,宇宙太空也有天气变化吗？,宇宙太空并不单纯，就像地球大气层会发生风云突变的气象变化一般，太空中也时常会出现灾害性天气。太空天气指太阳系内行星际空间的天气。对地球或航天器影响最大的是太阳的变化：“太阳黑子”、日珥、耀斑、太阳风等。太阳风暴对地球的磁层、电离层和大气层都会造成严重的干扰，带来灾变。会影响航天器的动作，使其与地面的电信联系中断。导航定位不准，甚至使卫星失效、坠落。已知的卫星故障中，竟有与这种太空风暴有着直接或间接的关系。多年之前，我国的“风云一号”气象卫星，就是因受到太阳风暴带来的大量高能粒子的撞击而提早失效的。,太空除了

22、强劲的太阳风暴外，太阳射电、太阳射线、太阳r射线 等的爆发，也具有很高的能量，这些射线的物质粒子会以光速向空间辐射。它们的危害程度要高于太阳风暴可能造成的破坏，有的还会危害宇航员的健康及生命。因 此，一般对航天器都装上屏蔽装置，还将航天器的发射和回收日期选在太阳活动相对宁静的时间内。所以，预报这些太阳射线爆发的日期，就成为太空天气学研究的 重要内容。,影响太空天气的来自太阳系外的其他天体。年代以来，人们已发现宇宙的射线爆发和r射线爆发，还有较高能量的宇宙线的剧烈变动，虽然这些射线大多来源非常遥远，对地球和近地空间不会造成什么严重的危害，但当我们把 太空探测的触角伸向更遥远的空间时，就不能不密切

23、注意它们的动静。太空中，时而还会发生新星和超新星爆发。爆发释放出的物质中很多是放射性元素和大量的高能粒子辐射。科学家已经发现，地球上有些古生物的灭绝，地震的 发生以及一些其他灾变，似乎都有超新星这双“魔手”，在背后操纵。显然，它们对人类太空活动的威胁，是不容忽视的。因此，这也是太空天气学研究的内容。,宇宙诞生最初三分钟,量子引力时代(0t10-44秒）,量子引力时代(0t10-44秒）宇宙整体由一个不存在时间和空间的量子状态（“无”状态），自发跃迁（即所谓“大爆炸”)到具有空间、时间的量子状态。在这个时期，物质场的量子涨落导致时空本身发生量子涨落并不断地膨胀，空间和时间以混沌的方式交织在一起，

24、时空没有连续性和序列性，因而早晚不分、上下莫辨、因果难明、不可测量。此时四种基本力不可区分，是一种统一的力，此时的时空为虚时空。,普朗克时代（tpt10-36秒）,普朗克时代(tpt10-36秒).当时间等于普朗克时间(tp=5.410-44秒)时,虚时空发生超统一相变,实时空形成,粒子产生,时间和空间可以测量,引力作用首先分化出来,强弱电三种力仍不可区分,夸克和轻子可以相互转化。相变点的能量是1019GeV(1GeV=109eV),温度是1032K。,大统一时代（10-36秒t10-33秒）,大统一时代（10-36秒t10-33秒）。宇宙的温度继续下降，时间继续膨胀，强、弱、电三种力是一种统

25、一的力。当t=10-36秒时，温度降至1028K，发生大统一真空相变。相变过程中释放的巨大能量使时空以指数规律急剧地暴胀，直到10-33秒最后完成大统一相变。相变后，宇宙的空间尺度增加了1043倍，强力从统一的强、弱、电力中分化出来，夸克与轻子相互独立，大统一时代结束。在这一时期产生的重子数略多于反重子数，因而今天的物质世界是以正物质为主的世界。,夸克-轻子时代(10-33秒t10-6秒),这段时期弱、电两种力不可区分。直到t=10-33秒，温度降至1016K时，发生电弱统一相变，中间玻色子基本消失，电磁力与弱力成为两种力。,强子-轻子时代(10-6秒t1秒),t=10-6秒，温度降至1012

26、K，夸克被禁闭，凝聚成重子和介子；t=10-4秒，温度降至1011K时，宇宙进入轻子及其反粒子占主要地位的时代，重子中主要只剩下质子和中子。这时，宇宙中的物质成分有电子、正电子、子、中微子、子、中子、质子。这时的主要特征是粒子间的反应产生了大量的光子和中微子。,辐射时代和核合成时代（1秒t2105年）,当t=1秒时，温度降为1010K，中子开始衰变为质子，正负电子不断湮灭转化为光子。这时，光子数大大超过具有静质量的粒子，宇宙以光子辐射为主，进入辐射时代。t=4秒时，中子不再衰变为质子，中子数与质子数之比为1：7。t=3分钟后，温度降到109K以下，氦等轻核形成（t=30分），根据质子、中子比可

27、估算出氦核的质量约为宇宙总质量的1/4（氦丰度），这与今天的观测结果十分接近。t=2105年时,温度降至4000K,物质密度与辐射密度基本相等,自由电子开始被原子核俘获,形成稳定的原子(主要是轻元素).光子能量不足以与原子体系作用,辐射脱耦,宇宙变得透明,进入以物质为主的原子时代.这个4000K的黑体辐射不断冷却,至今就是观测到3K宇宙背景辐射。,星系时代（2105年t109年),在这个阶段，宇宙内的实物粒子从等离子气体演化为气状物质。随着宇宙进一步膨胀和温度下降，气状物质被分开，形成原始星系，并进而形成星系团，然后再从中分化出星系。,恒星时代(t5109年）,T=5109年时，星系进一步凝聚

28、成亿万颗恒星。恒星的演化动力主要源于引力作用和轻核的骤变所产生的巨大能量。恒星的一生一般经历引力收缩阶段、主序星阶段、红巨星阶段、脉冲星阶段（爆发阶段）和高密阶段（白矮星、中子星、黑洞等）。在恒星演化过程中，又形成了行星和行星系统。我们的银河系大约起源于宇宙时间为10亿年时，太阳系大约起源于距今约50亿年。地球在约47亿年前诞生，它是由原始的太阳星云分馏、坍缩、凝聚而形成的。在星系、恒星和行星的形成过程中，在星体中温度合适的条件下，重元素和各种分子相继形成。,宇宙大爆炸理论的观测依据主要有5项,星系退行：通过光谱观测发现，遥远的星系均以很高的速度在彼此退行。这表明星系系统处于一种膨胀状态。天文

29、学家据此进一步计算出宇宙的年龄约为200亿光年。宇宙时标：用放射性年代学的方法测得月岩和最老的陨石年龄均为46亿年；由恒星演化模型导出的银河系中最老的恒星年龄为150亿年，迄今用各种独立的方法对不同天体测定的时标均在由星系的速度距离关系所确定的宇宙年龄200亿年以内，这说明宇宙年龄是有限的。,观测依据,宇宙中的氦和氘：通 过对比较原始的星际气体的观测发现，在银河系和许多河外星系中，轻元素氦的同位素氘相对于氢的数量基本上是均匀分布的。这和许多重元素的非均匀分布形成了 鲜明的对照，用宇宙大爆炸理论解释就是：因为大爆炸后最初几分钟内预期出现的高温高密状态极易导致轻元素的合成；而重元素则是在众多的恒星

30、内核深处合成，直到发生超新星爆发时才大量散布开来的，它们相对于氢的数量不会是均匀分布的。,射电星系：60年代用综合孔径射电望远镜进行的大量观测表明，具有星系级能量的暗弱射电源的数目，比射电源空间均匀分布假设所预期的多很多，即射电星系在空间实际上不是均匀分布的。由此推断，在宇宙学时标上，射电星系是从较强的源演化成较弱的源的。微波背景辐射：发现宇宙间存在背景辐射，是温度相当于2.74K的黑体辐射，一般称为3K微波背景辐射。这种辐射正好解释为宇宙早期炽热火球的暗淡余光。按照大爆炸理论，随着宇宙的膨胀，原始火球的炽热的黑体辐射，势必拉长波长，降低温度，导致今天在微波段观测到不足3K的背景辐射。,观测依

31、据,暗物质与暗能量,暗物质问题实际观测得到的星系及星系团的质量远小于动力学方法算出的质量，明确指示出暗物质的存在！右图的灰色纤维状区域即是暗物质。暗物质也是暴涨宇宙学所要求存在的。,暗物质的本质,首先，不发光的物质不可能是重子物质!因为一个重子为主的宇宙，扰动必须到复合时代才开始增长，在其增长期内不可能达到今天观测到的星系和星系团结构。因此，暗物质应是非重子物质；只有弱作用和引力作用的不发光物质由于与辐射场之间没有耦合，他们的扰动在复合时代以前就可以开始增长。,暗物质的分类,热暗物质：质量很小，速度接近光速。冷暗物质：质量较大，速度较慢。,暗物质与星系形成,宇宙开始包含均匀分布的暗物质和正常物质大爆炸后数千年暗物质开始成团暗物质确定宇宙中物质的总体分布和大尺度结构正常物质在引力作用下向高密度区域聚集，形成星系和星系团,其他宇宙论,等级式宇宙学。稳恒态宇宙学。正反物质对称宇宙学,