暗物質(zhì)是什么

【專家解說】：21世紀(jì)初科學(xué)最大的謎是暗物質(zhì)和暗能量。它們的存在，向全世界年輕的科學(xué)家提出了挑戰(zhàn)。 暗物質(zhì)存在于人類已知的物質(zhì)之外，人們目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的構(gòu)成也和人類已知的物質(zhì)不同。在宇宙中，暗物質(zhì)的能量是人類已知物質(zhì)的能量的5倍以上。 暗能量更是奇怪，以人類已知的核反應(yīng)為例，反應(yīng)前后的物質(zhì)有少量的質(zhì)量差，這個(gè)差異轉(zhuǎn)化成了巨大的能量。暗能量卻可以使物質(zhì)的質(zhì)量全部消失，完全轉(zhuǎn)化為能量。宇宙中的暗能量是已知物質(zhì)能量的14倍以上。 宇宙之外可能有很多宇宙 圍繞暗物質(zhì)和暗能量，李政道闡述了他最近發(fā)表文章探討的觀點(diǎn)。他提出“天外有天”，指出“因?yàn)榘的芰?，我們的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我們的宇宙在加速地膨脹”且“核能也許可以和宇宙中的暗能量相變相連”。 暗物質(zhì)是誰(shuí)最先發(fā)現(xiàn)的呢？ 1915年，愛因斯坦根據(jù)他的相對(duì)論得出推論：宇宙的形狀取決于宇宙質(zhì)量的多少。他認(rèn)為，宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質(zhì)的平均密度必須達(dá)到每立方厘米5×10的負(fù)30次方克。但是，迄今可觀測(cè)到的宇宙的密度，卻比這個(gè)值小100倍。也就是說，宇宙中的大多數(shù)物質(zhì)“失蹤”了，科學(xué)家將這種“失蹤”的物質(zhì)叫“暗物質(zhì)”。 一些星體演化到一定階段，溫度降得很低，已經(jīng)不能再輸出任何可以觀測(cè)的電磁信號(hào)，不可能被直接觀測(cè)到，這樣的星體就會(huì)表現(xiàn)為暗物質(zhì)。這類暗物質(zhì)可以稱為重子物質(zhì)的暗物質(zhì)。 還有另一類暗物質(zhì)，它的構(gòu)成成分是一些帶中性的有靜止質(zhì)量的穩(wěn)定粒子。這類粒子組成的星體或星際物質(zhì)，不會(huì)放出或吸收電磁信號(hào)。這類暗物質(zhì)可以稱為非重子物質(zhì)的暗物質(zhì)。 在重力透鏡效應(yīng)下觀測(cè)到的暗物質(zhì) Abell 2390星系團(tuán)(上半圖)和MS2137.3-2353星系團(tuán)(下半圖)，距離我們約有20億光年遠(yuǎn)。上圖右半方的影像，是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所拍攝的假色照片，而相對(duì)應(yīng)的左半方影像，是由錢卓拉X射線觀測(cè)站所拍攝的X射線影像。雖然哈勃望遠(yuǎn)鏡的影像中，可以看到數(shù)量眾多的星系，但在X射線影像里，這些星系的蹤影卻無處可尋，只見到一團(tuán)溫度有數(shù)百萬(wàn)度，而且會(huì)輻射出X射線的熾熱星系團(tuán)云氣。除了表面上的差異外，這些觀測(cè)其實(shí)還含有更重大的謎團(tuán)呢。因?yàn)橛曳接跋裰行窍档目傎|(zhì)量加上左方云氣的質(zhì)量，它們所產(chǎn)生的重力，并不足以讓這團(tuán)熾熱云氣乖乖地留在星系團(tuán)之內(nèi)。事實(shí)上再怎么細(xì)算，這些質(zhì)量只有“必要質(zhì)量”的百分之十三而已！在右方哈伯望遠(yuǎn)鏡的深場(chǎng)影像里，重力透鏡效應(yīng)影像也指出造成這些幻像所需要的質(zhì)量，大于哈勃望遠(yuǎn)鏡和錢卓拉觀測(cè)站所直接看到的。天文學(xué)家認(rèn)為，星系團(tuán)內(nèi)大部分的物質(zhì)，是連這些靈敏的太空望遠(yuǎn)鏡也看不到的“ 暗物質(zhì)”。 1930年初，瑞士天文學(xué)家茲威基發(fā)表了一個(gè)驚人結(jié)果：在星系團(tuán)中，看得見的星系只占總質(zhì)量的1/300以下，而99%以上的質(zhì)量是看不見的。不過，茲威基的結(jié)果許多人并不相信。直到1978年才出現(xiàn)第一個(gè)令人信服的證據(jù)，這就是測(cè)量物體圍繞星系轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。我們知道，根據(jù)人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度和高度，就可以測(cè)出地球的總質(zhì)量。根據(jù)地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的速度和地球與太陽(yáng)的距離，就可以測(cè)出太陽(yáng)的總質(zhì)量。同理，根據(jù)物體（星體或氣團(tuán)）圍繞星系運(yùn)行的速度和該物體距星系中心的距離，就可以估算出星系范圍內(nèi)的總質(zhì)量。這樣計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，星系的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于星系中可見星體的質(zhì)量總和。結(jié)論似乎只能是：星系里必有看不見的暗物質(zhì)。那么，暗物質(zhì)有多少呢？根據(jù)推算，暗物質(zhì)占宇宙物質(zhì)總量的20—30%才合適。 天文學(xué)的觀測(cè)表明，宇宙中有大量的暗物質(zhì)，特別是存在大量的非重子物質(zhì)的暗物質(zhì)。據(jù)天文學(xué)觀測(cè)估計(jì)，宇宙的總質(zhì)量中，重子物質(zhì)約占2%，也就是說，宇宙中可觀測(cè)到的各種星際物質(zhì)、星體、恒星、星團(tuán)、星云、類星體、星系等的總和只占宇宙總質(zhì)量的2%，98%的物質(zhì)還沒有被直接觀測(cè)到。在宇宙中非重子物質(zhì)的暗物質(zhì)當(dāng)中，冷暗物質(zhì)約占70%，熱暗物質(zhì)約占30%。 標(biāo)準(zhǔn)模型給出的62種粒子中，能夠穩(wěn)定地獨(dú)立存在的粒子只有12種，它們是電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子、光子、3種中微子、3種反中微子和引力子。這12種穩(wěn)定粒子中，電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子是帶電的，不能是暗物質(zhì)粒子，光子和引力子的靜止質(zhì)量是零，也不能是暗物質(zhì)粒子。因此，在標(biāo)準(zhǔn)模型給出的62種粒子中，有可能是暗物質(zhì)粒子的只有3種中微子和3種反中微子。 20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)天文學(xué)家艾倫森發(fā)現(xiàn)，距我們30萬(wàn)光年的天龍座矮星系中，許多碳星(巨大的紅星)周圍存在著穩(wěn)定的暗物質(zhì)，即這些暗物質(zhì)受到嚴(yán)格的束縛。高能熱粒子和能量適中的暖粒子是難以束縛住的，它們會(huì)到處亂竄，只有運(yùn)行很慢的“冷粒子”才能束縛住。物理學(xué)家認(rèn)為那是“軸子”，它是一種非常穩(wěn)定的冷“微子，質(zhì)量只有電子質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)分之一。這就是暗物質(zhì)的軸子模型。 軸子模型是否成立，最終得由實(shí)驗(yàn)裁決。最近，還有人提出，暗物質(zhì)可能是一種稱做“宇宙弦”的弦狀物質(zhì)，它產(chǎn)生于大爆炸后的一秒期間內(nèi)，直徑為1萬(wàn)億億億分之一厘米，質(zhì)量密度大得驚人，每寸長(zhǎng)約1億億噸。這種理論是否成立，同樣有待科學(xué)家進(jìn)一步研究。 為探索暗物質(zhì)的秘密，世界各國(guó)的粒子物理學(xué)家正在這個(gè)領(lǐng)域努力工作，相信揭開暗物質(zhì)神秘面紗的那一天不會(huì)太遙遠(yuǎn)了。 個(gè)人認(rèn)為這不是一回事。 暗物質(zhì)是存在于更高維宇宙空間中的物質(zhì)（能量），由于電磁波無法穿越高維度空間，所以人類看不見它們。但引力波可以穿越所有的空間（引力本身就是空間的彎曲），所以人類可以偵測(cè)到它的引力波存在。 宇宙間有許多物質(zhì)即看不到也感覺不到，它們就是所謂的“暗物質(zhì)”。暗物質(zhì)在宇宙的組成中占24％。不過，說到底暗物質(zhì)究竟是什么東西，如今仍不十分清楚。理論家提出了各種各樣的猜測(cè)和預(yù)言，目前流行的看法是，暗物質(zhì)可能是某種或某些相互作用極弱的重粒子，在已知的粒子中，最有可能是暗物質(zhì)的就是微中子。這種粒子的作用很弱，可以穿越地球，而且數(shù)量很多。按照宇宙學(xué)的理論，平均每立方厘米中約有100個(gè)微中子，這就是說，在你身體的范圍里，少說也有10萬(wàn)個(gè)微中子。 本報(bào)特拉維夫9月29日電（記者 田學(xué)科）“暗物質(zhì)”是一種不可見的物質(zhì)，是構(gòu)成宇宙絕大多數(shù)物體的原素，它非常神秘，因?yàn)槟壳安粌H沒人知道它的構(gòu)成，而且在有些星系中還難覓其蹤。在今天的英國(guó)《自然》雜志上，以色列希伯來大學(xué)的研究人員公布了他們的最新研究發(fā)現(xiàn)，即在那些看起來似乎不含“暗物質(zhì)”的星系中，“暗物質(zhì)”其實(shí)也依然存在。 根據(jù)天體運(yùn)動(dòng)理論，星體的運(yùn)動(dòng)速度受到星系內(nèi)部其他星體、宇宙物質(zhì)和暗物質(zhì)的影響。目前的傳統(tǒng)理論認(rèn)為，暗物質(zhì)只存在于某些星系之中，例如螺旋狀星系，但在橢圓狀星系中卻不存在。目前，科學(xué)家已經(jīng)在螺旋星系中測(cè)定出暗物質(zhì)，在橢圓星系中卻沒有被找到。 以希伯來大學(xué)物理研究所的阿維沙·達(dá)克爾教授為首的研究小組對(duì)暗物質(zhì)的研究，是基于兩年前的一項(xiàng)科學(xué)假定。2003年發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究成果中闡述道，位于某些星系邊緣的星體運(yùn)轉(zhuǎn)速度很慢，與那里暗物質(zhì)的存在不相協(xié)調(diào)，即使星系中包含大量暗物質(zhì)，這些邊緣星體仍然能夠保持較低的速度運(yùn)動(dòng)。 事實(shí)上，根據(jù)星系構(gòu)成理論，橢圓星系是由一些圓盤狀星系（螺旋星系）合并而成。既然大量的暗物質(zhì)暈輪已在圓盤星系中被測(cè)到，那么，研究人員需要考慮的是，暗物質(zhì)的消失是否由于星系兼并造成的？ 研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)星系合并活動(dòng)進(jìn)行模擬的系統(tǒng)。他們?cè)谀M橢圓星系形成過程中發(fā)現(xiàn)，這一過程能造成在被拉長(zhǎng)的軌道上運(yùn)行的星體速度下降，即便有暗物質(zhì)存在情況也是如此。由此他們得出結(jié)論，暗物質(zhì)并沒有在星系合并過程中消失，雖然暗物質(zhì)對(duì)橢圓星系邊緣星體的運(yùn)行速度難以發(fā)生影響，也不能說明橢圓星系中不存在暗物質(zhì)。 達(dá)克爾解釋說，如果我們看到一個(gè)星體在遠(yuǎn)離星系中央的地方運(yùn)動(dòng)，那就意味著，它或者正在遠(yuǎn)離星體，或者正在向星體中央靠攏，并且絕大多數(shù)運(yùn)動(dòng)都與我們的視線垂直。 今天出版的《耶路撒冷郵報(bào)》認(rèn)為，以色列科學(xué)家的研究成果，終于破解了這一困擾研究人員多年的宇宙之謎。 如果還是搞不清楚的話,我建議你去買一本是史蒂芬.霍金的<時(shí)間簡(jiǎn)史>從頭 就我目前掌握的資料看，暗物質(zhì)沒這么懸乎，暗能量倒是有點(diǎn)神秘。 暗物質(zhì)是根據(jù)星系旋轉(zhuǎn)曲線提出的。 暗物質(zhì)有20％以上能被人們所解釋，包括黑洞，暗弱的行星，褐矮星，黑矮星等等。 而暗能量，是由于發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹后提出的，它的作用不是引力作用，而是反引力作用。（斥力） 我接觸到了一個(gè)理論修正牛頓力學(xué)，(MOND，可以去維基百科查)說原來的牛頓力學(xué)只是近似。用這個(gè)理論去解釋星系的旋轉(zhuǎn)曲線擬合的很好，雖然支持者不多，不過最近有找到了一個(gè)有力的支持證據(jù)。 而暗能量，它的性質(zhì)更難琢磨，屬于博士生水平的課題，我還沒這個(gè)膽量碰這個(gè)課題。 幾十年前，暗物質(zhì)剛被提出來時(shí)僅僅是理論的產(chǎn)物，但是現(xiàn)在我們知道暗物質(zhì)已經(jīng)成為了宇宙的重要組成部分。暗物質(zhì)的總質(zhì)量是普通物質(zhì)的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同時(shí)更重要的是，暗物質(zhì)主導(dǎo)了宇宙結(jié)構(gòu)的形成。暗物質(zhì)的本質(zhì)現(xiàn)在還是個(gè)謎，但是如果假設(shè)它是一種弱相互作用亞原子粒子的話，那么由此形成的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)與觀測(cè)相一致。不過，最近對(duì)星系以及亞星系結(jié)構(gòu)的分析顯示，這一假設(shè)和觀測(cè)結(jié)果之間存在著差異，這同時(shí)為多種可能的暗物質(zhì)理論提供了用武之地。通過對(duì)小尺度結(jié)構(gòu)密度、分布、演化以及其環(huán)境的研究可以區(qū)分這些潛在的暗物質(zhì)模型，為暗物質(zhì)本性的研究帶來新的曙光。 大約65年前，第一次發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)存在的證據(jù)。當(dāng)時(shí)，弗里茲·扎維奇（Fritz Zwicky）發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)動(dòng)速度，除非星系團(tuán)的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計(jì)算所得到的值的100倍以上，否則星系團(tuán)根本無法束縛住這些星系。之后幾十年的觀測(cè)分析證實(shí)了這一點(diǎn)。盡管對(duì)暗物質(zhì)的性質(zhì)仍然一無所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大約20%的暗物質(zhì)以被廣為接受了。 在引入宇宙暴漲理論之后，許多宇宙學(xué)家相信我們的宇宙是平直的，而且宇宙總能量密度必定是等于臨界值的（這一臨界值用于區(qū)分宇宙是封閉的還是開放的）。與此同時(shí)，宇宙學(xué)家們也傾向于一個(gè)簡(jiǎn)單的宇宙，其中能量密度都以物質(zhì)的形式出現(xiàn)，包括4%的普通物質(zhì)和96%的暗物質(zhì)。但事實(shí)上，觀測(cè)從來就沒有與此相符合過。雖然在總物質(zhì)密度的估計(jì)上存在著比較大的誤差，但是這一誤差還沒有大到使物質(zhì)的總量達(dá)到臨界值，而且這一觀測(cè)和理論模型之間的不一致也隨著時(shí)間變得越來越尖銳。 當(dāng)意識(shí)到?jīng)]有足夠的物質(zhì)能來解釋宇宙的結(jié)構(gòu)及其特性時(shí)，暗能量出現(xiàn)了。暗能量和暗物質(zhì)的唯一共同點(diǎn)是它們既不發(fā)光也不吸收光。從微觀上講，它們的組成是完全不同的。更重要的是，象普通的物質(zhì)一樣，暗物質(zhì)是引力自吸引的，而且與普通物質(zhì)成團(tuán)并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中幾乎均勻的分布。所以，在統(tǒng)計(jì)星系的能量時(shí)會(huì)遺漏暗能量。因此，暗能量可以解釋觀測(cè)到的物質(zhì)密度和由暴漲理論預(yù)言的臨界密度之間70-80%的差異。之后，兩個(gè)獨(dú)立的天文學(xué)家小組通過對(duì)超新星的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，宇宙正在加速膨脹。由此，暗能量占主導(dǎo)的宇宙模型成為了一個(gè)和諧的宇宙模型。最近威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測(cè)器（Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP）的觀測(cè)也獨(dú)立的證實(shí)了暗能量的存在，并且使它成為了標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。 暗能量同時(shí)也改變了我們對(duì)暗物質(zhì)在宇宙中所起作用的認(rèn)識(shí)。按照愛因斯坦的廣義相對(duì)論，在一個(gè)僅含有物質(zhì)的宇宙中，物質(zhì)密度決定了宇宙的幾何，以及宇宙的過去和未來。加上暗能量的話，情況就完全不同了。首先，總能量密度（物質(zhì)能量密度與暗能量密度之和）決定著宇宙的幾何特性。其次，宇宙已經(jīng)從物質(zhì)占主導(dǎo)的時(shí)期過渡到了暗能量占主導(dǎo)的時(shí)期。大約在"大爆炸"之后的幾十億年中暗物質(zhì)占了總能量密度的主導(dǎo)地位，但是這已成為了過去?，F(xiàn)在我們宇宙的未來將由暗能量的特性所決定，它目前正時(shí)宇宙加速膨脹，而且除非暗能量會(huì)隨時(shí)間衰減或者改變狀態(tài)，否則這種加速膨脹態(tài)勢(shì)將持續(xù)下去。 不過，我們忽略了極為重要的一點(diǎn)，那就是正是暗物質(zhì)促成了宇宙結(jié)構(gòu)的形成，如果沒有暗物質(zhì)就不會(huì)形成星系、恒星和行星，也就更談不上今天的人類了。宇宙盡管在極大的尺度上表現(xiàn)出均勻和各向同性，但是在小一些的尺度上則存在著恒星、星系、星系團(tuán)、巨洞以及星系長(zhǎng)城。而在大尺度上能過促使物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的力就只有引力了。但是均勻分布的物質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生引力，因此今天所有的宇宙結(jié)構(gòu)必然源自于宇宙極早期物質(zhì)分布的微小漲落，而這些漲落會(huì)在宇宙微波背景輻射（CMB）中留下痕跡。然而普通物質(zhì)不可能通過其自身的漲落形成實(shí)質(zhì)上的結(jié)構(gòu)而又不在宇宙微波背景輻射中留下痕跡，因?yàn)槟菚r(shí)普通物質(zhì)還沒有從輻射中脫耦出來。 另一方面，不與輻射耦合的暗物質(zhì)，其微小的漲落在普通物質(zhì)脫耦之前就放大了許多倍。在普通物質(zhì)脫耦之后，已經(jīng)成團(tuán)的暗物質(zhì)就開始吸引普通物質(zhì)，進(jìn)而形成了我們現(xiàn)在觀測(cè)到的結(jié)構(gòu)。因此這需要一個(gè)初始的漲落，但是它的振幅非常非常的小。這里需要的物質(zhì)就是冷暗物質(zhì)，由于它是無熱運(yùn)動(dòng)的非相對(duì)論性粒子因此得名。 在開始闡述這一模型的有效性之前，必須先交待一下其中最后一件重要的事情。對(duì)于先前提到的小擾動(dòng)（漲落），為了預(yù)言其在不同波長(zhǎng)上的引力效應(yīng)，小擾動(dòng)譜必須具有特殊的形態(tài)。為此，最初的密度漲落應(yīng)該是標(biāo)度無關(guān)的。也就是說，如果我們把能量分布分解成一系列不同波長(zhǎng)的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都應(yīng)該是相同的。暴漲理論的成功之處就在于它提供了很好的動(dòng)力學(xué)出發(fā)機(jī)制來形成這樣一個(gè)標(biāo)度無關(guān)的小擾動(dòng)譜（其譜指數(shù)n=1）。WMAP的觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了這一預(yù)言，其觀測(cè)到的結(jié)果為n=0.99±0.04。 但是如果我們不了解暗物質(zhì)的性質(zhì)，就不能說我們已經(jīng)了解了宇宙?，F(xiàn)在已經(jīng)知道了兩種暗物質(zhì)--中微子和黑洞。但是它們對(duì)暗物質(zhì)總量的貢獻(xiàn)是非常微小的，暗物質(zhì)中的絕大部分現(xiàn)在還不清楚。這里我們將討論暗物質(zhì)可能的候選者，由其導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形成，以及我們?nèi)绾尉C合粒子探測(cè)器和天文觀測(cè)來揭示暗物質(zhì)的性質(zhì)。 最被看好的暗物質(zhì)候選者 長(zhǎng)久以來，最被看好的暗物質(zhì)僅僅是假說中的基本粒子，它具有壽命長(zhǎng)、溫度低、無碰撞的特性。壽命長(zhǎng)意味著它的壽命必須與現(xiàn)今宇宙年齡相當(dāng)，甚至更長(zhǎng)。溫度低意味著在脫耦時(shí)它們是非相對(duì)論性粒子，只有這樣它們才能在引力作用下迅速成團(tuán)。由于成團(tuán)過程發(fā)生在比哈勃視界（宇宙年齡與光速的乘積）小的范圍內(nèi)，而且這一視界相對(duì)現(xiàn)在的宇宙而言非常的小，因此最先形成的暗物質(zhì)團(tuán)塊或者暗物質(zhì)暈比銀河系的尺度要小得多，質(zhì)量也要小得多。隨著宇宙的膨脹和哈勃視界的增大，這些最先形成的小暗物質(zhì)暈會(huì)合并形成較大尺度的結(jié)構(gòu)，而這些較大尺度的結(jié)構(gòu)之后又會(huì)合并形成更大尺度的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果就是形成不同體積和質(zhì)量的結(jié)構(gòu)體系，定性上這是與觀測(cè)相一致的。相反的，對(duì)于相對(duì)論性粒子，例如中微子，在物質(zhì)引力成團(tuán)的時(shí)期由于其運(yùn)動(dòng)速度過快而無法形成我們觀測(cè)到的結(jié)構(gòu)。因此中微子對(duì)暗物質(zhì)質(zhì)量密度的貢獻(xiàn)是可以忽略的。在太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)中對(duì)中微子質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果也支持了這一點(diǎn)。無碰撞指的是暗物質(zhì)粒子（與暗物質(zhì)和普通物質(zhì)）的相互作用截面在暗物質(zhì)暈中小的可以忽略不計(jì)。這些粒子僅僅依靠引力來束縛住對(duì)方，并且在暗物質(zhì)暈中以一個(gè)較寬的軌道偏心律譜無阻礙的作軌道運(yùn)動(dòng)。 低溫?zé)o碰撞暗物質(zhì)（CCDM）被看好有幾方面的原因。第一，CCDM的結(jié)構(gòu)形成數(shù)值模擬結(jié)果與觀測(cè)相一致。第二，作為一個(gè)特殊的亞類，弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）可以很好的解釋其在宇宙中的豐度。如果粒子間相互作用很弱，那么在宇宙最初的萬(wàn)億分之一秒它們是處于熱平衡的。之后，由于湮滅它們開始脫離平衡。根據(jù)其相互作用截面估計(jì)，這些物質(zhì)的能量密度大約占了宇宙總能量密度的20-30%。這與觀測(cè)相符。CCDM被看好的第三個(gè)原因是，在一些理論模型中預(yù)言了一些非常有吸引力的候選粒子。 其中一個(gè)候選者就是中性子（neutralino），一種超對(duì)稱模型中提出的粒子。超對(duì)稱理論是超引力和超弦理論的基礎(chǔ)，它要求每一個(gè)已知的費(fèi)米子都要有一個(gè)伴隨的玻色子（尚未觀測(cè)到），同時(shí)每一個(gè)玻色子也要有一個(gè)伴隨的費(fèi)米子。如果超對(duì)稱依然保持到今天，伴隨粒子將都具有相同的質(zhì)量。但是由于在宇宙的早期超對(duì)稱出現(xiàn)了自發(fā)的破缺，于是今天伴隨粒子的質(zhì)量也出現(xiàn)了變化。而且，大部分超對(duì)稱伴隨粒子是不穩(wěn)定的，在超對(duì)稱出現(xiàn)破缺之后不久就發(fā)生了衰變。但是，有一種最輕的伴隨粒子（質(zhì)量在100GeV的數(shù)量級(jí)）由于其自身的對(duì)稱性避免了衰變的發(fā)生。在最簡(jiǎn)單模型中，這些粒子是呈電中性且弱相互作用的--是WIMP的理想候選者。如果暗物質(zhì)是由中性子組成的，那么當(dāng)?shù)厍虼┻^太陽(yáng)附近的暗物質(zhì)時(shí)，地下的探測(cè)器就能探測(cè)到這些粒子。另外有一點(diǎn)必須注意，這一探測(cè)并不能說明暗物質(zhì)主要就是由WIMP構(gòu)成的?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)還無法確定WIMP究竟是占了暗物質(zhì)的大部分還是僅僅只占一小部分。 另一個(gè)候選者是軸子（axion），一種非常輕的中性粒子（其質(zhì)量在1μeV的數(shù)量級(jí)上），它在大統(tǒng)一理論中起了重要的作用。軸子間通過極微小的力相互作用，由此它無法處于熱平衡狀態(tài)，因此不能很好的解釋它在宇宙中的豐度。在宇宙中，軸子處于低溫玻色子凝聚狀態(tài)，現(xiàn)在已經(jīng)建造了軸子探測(cè)器，探測(cè)工作也正在進(jìn)行。