暗物质和暗能量

宇宙是由什么组成的？

下图显示了来自几个来源的数据，这些数据排除了长期以来关于宇宙包含多少物质和能量以及哪些种类的想法。这些数据告诉我们，宇宙的总物质能量含量必须包括把宇宙固定在一起的无形暗物质，以及把宇宙推开的神秘暗能量。纵轴显示了暗能量的数量。横轴显示的是物质的数量，包括可见和暗物质。 它是由什么组成的？ 粉红色的点显示了与所有现代宇宙学数据一致所需的总物质和能量。来自许多方面的观测结果排除了一个仅由普通物质构成的宇宙。他们需要暗物质和大量的暗能量来填补 "物质-能量缺口"，并达到与数据一致的物质和能量总量。

CMB 宇宙微波背景

宇宙微波背景（CMB）是近140亿年前大爆炸的热等离子体发出的光，是大爆炸的 "回声"。为了到达我们这里，这个古老宇宙的图像必须随着宇宙的扩张传播数十亿年。CMB中可测量的模式告诉我们，宇宙的物质和能量含量在光发射时是怎样的，以及它是如何随时间变化的。绿色同心椭圆以外的宇宙物质和能量模型与CMB的数据不相符。

Clusters of Galaxies 星系团

星系团是宇宙中质量最大的物体。除了星系之外，这些系统还包含大量的热气体，它们会发出X射线。发出X射线的气体的温度以及围绕星系运行的速度让我们推断出一个星系团的总质量，它比星系或热气体的质量大得多。这种额外的质量是以暗物质的形式存在的；对星团的测量告诉我们宇宙中暗物质的总含量。作为宇宙时间的函数，星团的丰度也给我们提供了关于有多少暗能量存在的信息。橙色椭圆外的物质和能量模型不能解释观察到的星团的特性。

Supernovae 超新星

超新星，是指那些像星系一样短暂闪耀的爆炸性恒星，在如此遥远的距离上可以观察到，它们可以被用来测量宇宙的演变。有一种类型的超新星在其峰值亮度时似乎总是发出相同数量的光。通过测量其中一颗超新星的亮度，我们可以知道它的距离有多远。将这一距离与观察到的超新星的速度相比较，可以告诉我们宇宙是如何随着宇宙时间的推移而膨胀的。蓝椭圆以外的质量和能量模型预测的宇宙演化与超新星的观测结果不一致。

Standard Model Matter 标准模型物质

实验室实验已经确定了已知物质粒子的行为。有了这些知识，我们可以确定粒子的相互作用如何影响宇宙的重要过程。在大爆炸中制造的轻元素如氘、氦和锂的数量，以及早期宇宙中声波的传播，可在CMB中观察到的模式，精确地决定了宇宙中包含的 "标准模型物质 "的总量。深蓝色的点表示这种物质对宇宙总物质和能量的贡献。