2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——暗物質(zhì)和暗能量的起源與作用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。）1.下列哪一項不是暗物質(zhì)的主要觀測證據(jù)？A.宇宙微波背景輻射的偏振B.星系旋轉(zhuǎn)曲線C.宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成D.引力透鏡效應(yīng)2.冷暗物質(zhì)模型中，暗物質(zhì)的主要形成機制是？A.星系碰撞和合并B.宇宙暴脹C.星系形成過程中的引力坍縮D.大麥哲倫星系的剝離3.下列哪種宇宙學(xué)參數(shù)的測量值直接支持了宇宙加速膨脹的結(jié)論？A.宇宙年齡B.宇宙的哈勃常數(shù)C.宇宙的光度距離D.宇宙的質(zhì)能密度4.暗能量的一個主要特征是？A.具有正壓強B.與普通物質(zhì)發(fā)生電磁相互作用C.具有負壓強D.主要分布在星系中心區(qū)域5.下列哪種理論模型試圖通過修改引力理論來解釋宇宙加速膨脹？A.標量場模型B.修正引力學(xué)說C.冷暗物質(zhì)模型D.暗物質(zhì)暈?zāi)Ｐ?.伽馬射線暴被認為是尋找暗物質(zhì)湮滅或衰變信號的重要途徑，這是因為？A.暗物質(zhì)與普通物質(zhì)相互作用會產(chǎn)生高能伽馬射線B.伽馬射線暴具有極高的亮度C.伽馬射線暴可以穿透星際介質(zhì)D.伽馬射線暴的起源與暗物質(zhì)分布密切相關(guān)7.暗物質(zhì)暈?zāi)Ｐ偷闹饕枷胧?？A.暗物質(zhì)主要以點狀分布在星系中B.暗物質(zhì)主要集中在星系盤面C.暗物質(zhì)以球狀或橢球狀包圍著星系D.暗物質(zhì)主要以氣態(tài)形式存在于星系際空間8.下列哪種實驗方法被廣泛用于探測暗物質(zhì)粒子？A.射電望遠鏡觀測B.粒子對撞機實驗C.質(zhì)譜儀分析D.X射線望遠鏡觀測9.暗能量的宇宙學(xué)常數(shù)模型認為，暗能量的性質(zhì)在宇宙演化過程中？A.會隨時間變化B.保持不變C.會周期性變化D.會逐漸消失10.暗物質(zhì)和暗能量的總質(zhì)量占宇宙總質(zhì)能的百分比大約是？A.5%B.25%C.70%D.95%二、填空題（每空2分，共20分。）1.暗物質(zhì)不與電磁相互作用，因此通常難以直接觀測，其存在主要是通過對其產(chǎn)生的______效應(yīng)進行間接探測的。2.宇宙微波背景輻射的______譜和______各向異性為暗物質(zhì)的早期形成提供了重要線索。3.根據(jù)當前的宇宙學(xué)模型，宇宙的總質(zhì)能密度由普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和______組成。4.暗能量的主要作用是產(chǎn)生一種______的效應(yīng)，導(dǎo)致宇宙的加速膨脹。5.冷暗物質(zhì)模型成功地解釋了宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的______和______。6.哈勃圖是描述星系紅移與______之間關(guān)系的一種圖表，其斜率與宇宙的______有關(guān)。7.暗物質(zhì)暈的密度分布通常遵循______分布函數(shù)。8.除了引力相互作用外，暗物質(zhì)粒子還可能通過______相互作用和______相互作用與普通物質(zhì)發(fā)生作用。三、簡答題（每小題5分，共20分。）1.簡述引力透鏡效應(yīng)的形成機制及其在暗物質(zhì)探測中的作用。2.簡述宇宙暴脹理論對暗物質(zhì)形成的影響。3.簡述暗能量與宇宙常數(shù)的主要區(qū)別。4.簡述直接探測暗物質(zhì)和間接探測暗物質(zhì)的區(qū)別。四、論述題（每小題10分，共20分。）1.論述暗物質(zhì)對星系演化可能產(chǎn)生的影響。2.論述當前暗物質(zhì)和暗能量研究中面臨的主要挑戰(zhàn)和未來的研究方向。試卷答案一、選擇題1.A解析思路：宇宙微波背景輻射的偏振是宇宙暴脹理論的證據(jù)，與暗物質(zhì)無直接關(guān)系。2.C解析思路：冷暗物質(zhì)模型認為暗物質(zhì)粒子在早期宇宙中通過引力坍縮形成高密度區(qū)域，這些區(qū)域成為普通物質(zhì)形成的種子。3.C解析思路：宇宙的光度距離測量值與理論預(yù)測的宇宙模型（包括暗能量）存在顯著差異，直接支持了宇宙加速膨脹的結(jié)論。4.C解析思路：暗能量的主要特征是其具有負壓強，這種負壓強產(chǎn)生一種排斥效應(yīng)，導(dǎo)致宇宙加速膨脹。5.B解析思路：修正引力學(xué)說通過修改引力真空能項或引力勢能項來解釋宇宙加速膨脹，而不需要引入暗能量。6.A解析思路：暗物質(zhì)粒子（如WIMPs）湮滅或衰變會產(chǎn)生高能粒子對，包括伽馬射線，伽馬射線暴是尋找這些信號的重要途徑。7.C解析思路：暗物質(zhì)暈?zāi)Ｐ驼J為暗物質(zhì)以球狀或橢球狀包圍著星系，其密度從中心向外逐漸降低。8.B解析思路：粒子對撞機實驗可以通過產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子來探測其性質(zhì)，是目前尋找暗物質(zhì)粒子的重要方法之一。9.B解析思路：宇宙學(xué)常數(shù)模型認為暗能量是一種恒定的能量密度，不隨時間變化。10.D解析思路：根據(jù)當前的宇宙學(xué)測量結(jié)果，暗物質(zhì)和暗能量的總質(zhì)量占宇宙總質(zhì)能的約95%。二、填空題1.引力解析思路：暗物質(zhì)不與電磁相互作用，因此難以直接觀測，主要通過其產(chǎn)生的引力效應(yīng)（如引力透鏡、引力塌縮）進行間接探測。2.黑體；角解析思路：宇宙微波背景輻射的溫度譜符合黑體輻射譜，其角各向異性包含了宇宙早期密度擾動的信息。3.暗能量解析思路：根據(jù)當前的宇宙學(xué)模型，宇宙的總質(zhì)能密度由普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量三部分組成，其中暗能量占比最大。4.膨脹解析思路：暗能量的主要作用是產(chǎn)生一種排斥效應(yīng)，導(dǎo)致宇宙的加速膨脹。5.形狀；演化解析思路：冷暗物質(zhì)模型成功地解釋了宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形狀（filamentarystructure）和演化歷史。6.亮度（或距離）；膨脹速率（或哈勃常數(shù)）解析思路：哈勃圖描述星系紅移（與距離或宇宙膨脹速率成正比）與亮度的關(guān)系，其斜率反映了宇宙的膨脹速率，即哈勃常數(shù)。7.標準球解析思路：暗物質(zhì)暈的密度分布通常遵循標準球分布函數(shù)，即密度在中心處最高，向外逐漸指數(shù)衰減。8.弱核；引力解析思路：除了引力相互作用外，暗物質(zhì)粒子還可能通過弱核相互作用（如WIMP）和引力相互作用與普通物質(zhì)發(fā)生作用。三、簡答題1.引力透鏡效應(yīng)是指光線在經(jīng)過大質(zhì)量天體（如星系團）時，由于該天體的引力場作用而發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。當光線經(jīng)過星系團中心時，會被放大，形成一個放大的虛像。暗物質(zhì)雖然不發(fā)光，但具有質(zhì)量，會產(chǎn)生引力場，因此可以引起引力透鏡效應(yīng)。通過觀測引力透鏡效應(yīng)，可以探測到暗物質(zhì)的分布，并估算其質(zhì)量。2.宇宙暴脹理論認為，在宇宙誕生極早期（10的負36次方秒）經(jīng)歷了一個極快速的指數(shù)膨脹時期。暴脹期間，密度擾動被放大，這些擾動一部分形成了普通物質(zhì)，另一部分形成了暗物質(zhì)。因此，宇宙暴脹理論為暗物質(zhì)的早期形成提供了重要機制。3.暗能量與宇宙常數(shù)的主要區(qū)別在于它們隨時間的變化。宇宙常數(shù)代表一種恒定的能量密度，不隨時間變化；而暗能量的性質(zhì)則較為復(fù)雜，有些模型認為暗能量會隨時間變化，有些則認為不會。4.直接探測暗物質(zhì)是指通過建造探測器，直接尋找暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)相互作用的信號，例如WIMPs與nuclei的彈性散射或湮滅產(chǎn)生的信號。間接探測暗物質(zhì)是指通過觀測暗物質(zhì)可能產(chǎn)生的次級效應(yīng)來推斷其存在，例如伽馬射線暴、中微子暴、引力波等。四、論述題1.暗物質(zhì)對星系演化可能產(chǎn)生以下影響：首先，暗物質(zhì)暈為星系的形成提供了引力種子，使得星系能夠在宇宙早期形成并長大。其次，暗物質(zhì)暈的存在影響了星系中的恒星形成和星系盤的形成。例如，暗物質(zhì)暈的引力勢能可以驅(qū)動氣體云向星系中心落入，促進恒星形成。最后，暗物質(zhì)還可以影響星系合并和星系團的形成過程。2.當前暗物質(zhì)和