普通天文學/當前未解之謎
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暗物質是不可見的，但據推測它對可見物質有影響。它是解釋觀測到的星系和星系團束縛在一起所需的引力強度的其中一種解釋。如果沒有比用望遠鏡探測到的質量要大得多，大約要大 10 倍，這些系統應該會簡單地飛散開來。暗物質理論假設存在一些物質幾乎不發射輻射，因此無法用望遠鏡觀測到。暗物質可能也需要用來解釋宇宙微波背景 (CMB) 功率譜。一些用來解釋暗物質的提議，例如，弱相互作用大質量粒子（假設的 WIMP）或中微子，或大質量緻密暈體（MACHO），或以某種方式隱藏的普通物質，或修正引力（MOND，MOG，f(R)），或這些東西的某種組合。
另一個假設，暗能量，被提出來解釋宇宙膨脹速度越來越快的驚人觀測結果。這種膨脹加速是透過測量某種型別的超新星，即 Ia 型超新星，在星系調查中發現的。Ia 型超新星被使用是因為它們都具有相同的絕對亮度。(我們將在後面的章節中討論為什麼它們的絕對亮度相同以及如何利用它們來測量距離，普通天文學/大質量恆星的死亡）。這使得它們非常適合測量距離。在進行測量之前，人們曾預計宇宙的膨脹將減速，這是由於所有物質的引力造成的。暗能量被假定用來解釋推動事物分離的明顯排斥力。正在進行的研究工作是更準確地測量膨脹率，並發現暗能量的性質。
暗物質通常被認為是存在的，儘管仍然存在一些問題。它可能不是由質子和中子組成的普通物質（重子物質）。這是因為在宇宙誕生後的最初幾分鐘內發生的核反應（稱為大爆炸核合成）中，更高的普通物質密度，預計會產生與實際觀測到的不同的輕元素及其同位素丰度，例如氘。對於普通物質來說，另一個問題是觀測到的星系和宇宙背景輻射的“塊狀”程度與預測的不符。其他考慮因素也傾向於不贊成中微子作為暗物質。
暗物質假設的替代方案是新的力量或修正引力理論。有人推測，存在另一種大尺度力，它使我們的宇宙保持在一起。 [需要引用] 另一種可能的解釋是將空間視為氣體和空間固體。如果你將兩個物體彼此分開，然後對該區域加壓，這兩個物體就會被強迫相互靠近。這顛覆了我們目前關於引力的想法，從物體對其他物體有拉力轉變為物體從各個方向被推。 (單獨的物體沒有運動，但兩個物體會產生不均勻的壓力，將物體推到一起。)
據估計，宇宙中 23% 的物質是暗物質。普通物質只佔宇宙的 4%。剩下的 73% 是一種更加神秘的排斥性“暗真空能量”。
目前最流行的理論是，這種排斥力實際上是空間本身的屬性：它是粒子與反粒子相互湮滅後產生並相互湮滅而沒有淨效應的能量波引起的。在宇宙早期，當空間很少時，這種效應與引力相比很小。但隨著星系的相互分離，這種效應越來越大。 [1]
歷史和組成思想
暗物質最早是由瑞士天體物理學家弗裡茨·茲威基在 1933 年提出，用來解釋星系團中星系的軌道運動。他觀察到，在一個星系團中，顯然存在比可見物體（如恆星、氣體和塵埃）更多的質量。因此，有一些看不見的東西增加了星系團的質量。後來，當 X 射線望遠鏡投入使用時，它們揭示了星系之間的一團高溫氫氣，佔了失蹤質量的一部分。從 1960 年代開始，維拉·魯賓發現，與開普勒定律相反，開普勒定律認為繞中心天體執行的物體離中心天體越遠，速度越慢，而實際上，星系中恆星的軌道速度在距離星系核一定距離之外基本保持不變。因此，必須有一些額外的物質，要麼存在於星系的扁平盤中，要麼存在於圍繞星系核的球形暈中。在她對茲威基工作的基礎上，她得出結論，這種額外的質量是暗物質。暗物質一詞指的是那些因其對周圍物體的影響而被認為存在的物質。雖然暗物質的組成仍然未知，但科學家提出了暗物質可能存在的一些可能的候選者。它們是
- 電離氣體 - 發射熱自由輻射，無法觀察到。
- 塵埃 - 發射輻射，由比氦更重的元素組成。
- 主序星 - 可能是成分，但不能是暗物質的唯一成分，因為它們中很大一部分是可見的。
- 黑洞 - 可能性很小，因為它們會破壞暗物質的雙星分離。然而，關於產生黑洞的爆炸知之甚少，因此它仍然是一個選擇。
- 白矮星 - 形成時，白矮星會產生許多中間質量元素（He、N、Ne、C、O）或暈氣體，這些氣體是不可見的。
- 中微子 - 可能性很小，但它們確實有足夠的質量成為候選者。
- WIMP 或冷暗物質 - 弱相互作用粒子，儘管它們確實以非相對論速度運動。
下面是一張來自現代宇宙學觀測和問題的更深入的流程圖，它描繪了上面這些建議之間的聯絡。(140)。 http://ned.ipac.caltech.edu/level5/Bothun2/Figures/dm1.gif
宇宙背景輻射是在質子和電子結合形成原子時形成的。問題是，我們知道今天星系之間的物質是電離的（即它是分離的質子和電子），並帶有氫原子團。我們知道這一點，因為當我們觀察除最遙遠的星系之外的所有星系時，我們沒有看到氫的光譜線。所以在某個時刻，宇宙中的氫重新電離。人們認為，星光使宇宙中的氫重新電離，但最新的觀測結果似乎表明這種再電離發生在第一批恆星出現之前。
這種想法是，星系從大爆炸後形成的微小密度波動中開始形成。透過假設宇宙主要由冷暗物質組成，你幾乎可以得到你用當前星系看到的塊狀程度。但仍然存在一些謎團。令人煩惱的是缺乏微小的星系，而且冷暗物質預測的旋轉曲線並不完全是我們看到的曲線。
現在讓我們大膽地推測一下，最近有一些論文試圖弄清楚大爆炸之前發生了什麼。其中一個奇怪的想法是，宇宙僅僅是多維空間中的一個平面，而發生的事情是，多維空間中的兩個膜碰撞，導致三個維度發生大規模膨脹。這一切都是非常推測性的，但奇怪的是，它並沒有完全脫離觀察。這個想法是，你可以用這個模型來預測宇宙的初始膨脹，這可能會對你在宇宙微波背景中看到的漣漪產生一些影響。最大的問題是，開始膨脹的物質必須一直存在，然而，由於元素的可預測性，它必須有一個明確的外部力量來啟動它，這個力量可以決定何時開始“連鎖反應”。不可能有一種物質永遠處於穩定狀態，甚至是不穩定狀態，然後最終爆炸，它必須經歷一個迴圈。換句話說，請考慮以下情況：從無到有，一個以前不存在的密集物質自發出現，它以其自身以前不存在的能量爆發成一個極其強大的火球，並自發且立即地從這種混沌中創造出定義明確的物理基本力和亞原子基本粒子，這些粒子最終組織成各種原子物種，然後形成分子，然後形成各種各樣的無機物質，這些物質在引力的作用下自行組裝成這個高度結構化和精確有序的宇宙。我們都知道這是荒謬的，但同樣荒謬的是說“以前穩定的物質自發地變得不穩定”。
面對所有這些謎團，我們並不清楚接下來會發生什麼。現在有很多資料正在湧入，也許隨著新資料的到來，我們可以對宇宙模型進行一些微調，讓它們起作用，我們就可以繼續以庫恩所稱的“正常科學”的方式進行下去。也有可能有一天會有一些觀察結果，就像伽利略看到金星的相位一樣——一些在當前正規化中毫無意義的觀察結果，這將迫使人們從根本上改變他們對宇宙的看法。
1) 找一本舊的天文學教科書，並將其與最近的一本進行比較。在舊的天文學教科書中，哪些謎團現在被認為已經解決，哪些事實和陳述現在被認為是錯誤的？
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