普通天文学/当前未解之谜
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暗物质是不可见的，但据推测它对可见物质有影响。它是解释观测到的星系和星系团束缚在一起所需的引力强度的其中一种解释。如果没有比用望远镜探测到的质量要大得多，大约要大 10 倍，这些系统应该会简单地飞散开来。暗物质理论假设存在一些物质几乎不发射辐射，因此无法用望远镜观测到。暗物质可能也需要用来解释宇宙微波背景 (CMB) 功率谱。一些用来解释暗物质的提议，例如，弱相互作用大质量粒子（假设的 WIMP）或中微子，或大质量致密晕体（MACHO），或以某种方式隐藏的普通物质，或修正引力（MOND，MOG，f(R)），或这些东西的某种组合。
另一个假设，暗能量，被提出来解释宇宙膨胀速度越来越快的惊人观测结果。这种膨胀加速是通过测量某种类型的超新星，即 Ia 型超新星，在星系调查中发现的。Ia 型超新星被使用是因为它们都具有相同的绝对亮度。(我们将在后面的章节中讨论为什么它们的绝对亮度相同以及如何利用它们来测量距离，普通天文学/大质量恒星的死亡）。这使得它们非常适合测量距离。在进行测量之前，人们曾预计宇宙的膨胀将减速，这是由于所有物质的引力造成的。暗能量被假定用来解释推动事物分离的明显排斥力。正在进行的研究工作是更准确地测量膨胀率，并发现暗能量的性质。
暗物质通常被认为是存在的，尽管仍然存在一些问题。它可能不是由质子和中子组成的普通物质（重子物质）。这是因为在宇宙诞生后的最初几分钟内发生的核反应（称为大爆炸核合成）中，更高的普通物质密度，预计会产生与实际观测到的不同的轻元素及其同位素丰度，例如氘。对于普通物质来说，另一个问题是观测到的星系和宇宙背景辐射的“块状”程度与预测的不符。其他考虑因素也倾向于不赞成中微子作为暗物质。
暗物质假设的替代方案是新的力量或修正引力理论。有人推测，存在另一种大尺度力，它使我们的宇宙保持在一起。 [需要引用] 另一种可能的解释是将空间视为气体和空间固体。如果你将两个物体彼此分开，然后对该区域加压，这两个物体就会被强迫相互靠近。这颠覆了我们目前关于引力的想法，从物体对其他物体有拉力转变为物体从各个方向被推。 (单独的物体没有运动，但两个物体会产生不均匀的压力，将物体推到一起。)
据估计，宇宙中 23% 的物质是暗物质。普通物质只占宇宙的 4%。剩下的 73% 是一种更加神秘的排斥性“暗真空能量”。
目前最流行的理论是，这种排斥力实际上是空间本身的属性：它是粒子与反粒子相互湮灭后产生并相互湮灭而没有净效应的能量波引起的。在宇宙早期，当空间很少时，这种效应与引力相比很小。但随着星系的相互分离，这种效应越来越大。 [1]
历史和组成思想
暗物质最早是由瑞士天体物理学家弗里茨·兹威基在 1933 年提出，用来解释星系团中星系的轨道运动。他观察到，在一个星系团中，显然存在比可见物体（如恒星、气体和尘埃）更多的质量。因此，有一些看不见的东西增加了星系团的质量。后来，当 X 射线望远镜投入使用时，它们揭示了星系之间的一团高温氢气，占了失踪质量的一部分。从 1960 年代开始，维拉·鲁宾发现，与开普勒定律相反，开普勒定律认为绕中心天体运行的物体离中心天体越远，速度越慢，而实际上，星系中恒星的轨道速度在距离星系核一定距离之外基本保持不变。因此，必须有一些额外的物质，要么存在于星系的扁平盘中，要么存在于围绕星系核的球形晕中。在她对兹威基工作的基础上，她得出结论，这种额外的质量是暗物质。暗物质一词指的是那些因其对周围物体的影响而被认为存在的物质。虽然暗物质的组成仍然未知，但科学家提出了暗物质可能存在的一些可能的候选者。它们是
- 电离气体 - 发射热自由辐射，无法观察到。
- 尘埃 - 发射辐射，由比氦更重的元素组成。
- 主序星 - 可能是成分，但不能是暗物质的唯一成分，因为它们中很大一部分是可见的。
- 黑洞 - 可能性很小，因为它们会破坏暗物质的双星分离。然而，关于产生黑洞的爆炸知之甚少，因此它仍然是一个选择。
- 白矮星 - 形成时，白矮星会产生许多中间质量元素（He、N、Ne、C、O）或晕气体，这些气体是不可见的。
- 中微子 - 可能性很小，但它们确实有足够的质量成为候选者。
- WIMP 或冷暗物质 - 弱相互作用粒子，尽管它们确实以非相对论速度运动。
下面是一张来自现代宇宙学观测和问题的更深入的流程图，它描绘了上面这些建议之间的联系。(140)。 http://ned.ipac.caltech.edu/level5/Bothun2/Figures/dm1.gif
宇宙背景辐射是在质子和电子结合形成原子时形成的。问题是，我们知道今天星系之间的物质是电离的（即它是分离的质子和电子），并带有氢原子团。我们知道这一点，因为当我们观察除最遥远的星系之外的所有星系时，我们没有看到氢的光谱线。所以在某个时刻，宇宙中的氢重新电离。人们认为，星光使宇宙中的氢重新电离，但最新的观测结果似乎表明这种再电离发生在第一批恒星出现之前。
这种想法是，星系从大爆炸后形成的微小密度波动中开始形成。通过假设宇宙主要由冷暗物质组成，你几乎可以得到你用当前星系看到的块状程度。但仍然存在一些谜团。令人烦恼的是缺乏微小的星系，而且冷暗物质预测的旋转曲线并不完全是我们看到的曲线。
现在让我们大胆地推测一下，最近有一些论文试图弄清楚大爆炸之前发生了什么。其中一个奇怪的想法是，宇宙仅仅是多维空间中的一个平面，而发生的事情是，多维空间中的两个膜碰撞，导致三个维度发生大规模膨胀。这一切都是非常推测性的，但奇怪的是，它并没有完全脱离观察。这个想法是，你可以用这个模型来预测宇宙的初始膨胀，这可能会对你在宇宙微波背景中看到的涟漪产生一些影响。最大的问题是，开始膨胀的物质必须一直存在，然而，由于元素的可预测性，它必须有一个明确的外部力量来启动它，这个力量可以决定何时开始“连锁反应”。不可能有一种物质永远处于稳定状态，甚至是不稳定状态，然后最终爆炸，它必须经历一个循环。换句话说，请考虑以下情况：从无到有，一个以前不存在的密集物质自发出现，它以其自身以前不存在的能量爆发成一个极其强大的火球，并自发且立即地从这种混沌中创造出定义明确的物理基本力和亚原子基本粒子，这些粒子最终组织成各种原子物种，然后形成分子，然后形成各种各样的无机物质，这些物质在引力的作用下自行组装成这个高度结构化和精确有序的宇宙。我们都知道这是荒谬的，但同样荒谬的是说“以前稳定的物质自发地变得不稳定”。
面对所有这些谜团，我们并不清楚接下来会发生什么。现在有很多数据正在涌入，也许随着新数据的到来，我们可以对宇宙模型进行一些微调，让它们起作用，我们就可以继续以库恩所称的“正常科学”的方式进行下去。也有可能有一天会有一些观察结果，就像伽利略看到金星的相位一样——一些在当前范式中毫无意义的观察结果，这将迫使人们从根本上改变他们对宇宙的看法。
1) 找一本旧的天文学教科书，并将其与最近的一本进行比较。在旧的天文学教科书中，哪些谜团现在被认为已经解决，哪些事实和陈述现在被认为是错误的？
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