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“迷失的物質”占到普通物質的三分之一

作者:鄧如山

科羅拉多大學所屬的博爾德分校的天文學家發現了“迷失的物質”,它們是在宇宙中潛藏的最後一部分普通物質。普通物質粒子又被稱為“重子”,宇宙中的所有物體都是由重子構成的,從行星、恒星到黑洞的核心如此奇點都是,直到目前為止,天文學家在宇宙中發現了大約三分之二的普通物質,剩下了三分之一的普通物質,它們是未有發現的“迷失的重子”。天體實體學家普遍認為,所有的自然物質通過宇宙大爆炸的方式産生。

《自然》雜志發表了一項研究成果,一支國際化的天文團隊發現了剩餘的三分之一部分的普通物質,迷失的普通物質分布在星系之間的太空區域,形成了氧原子的絲狀網,當它們靠近類星體時,普通物質的溫度達到了大約100萬攝氏度。科羅拉多大學的天體實體學和行星科學系的研究人員邁克爾·薩爾解釋說,新的發現标志了科學團隊在天體實體學領域取得了重要性的突破,找到了剩餘的普通物質。

“迷失的物質”占到普通物質的三分之一

宇宙大爆炸理論有了關鍵性證據的支援,新的發現化解了一個宇宙學的難題,在元素周期表中,由氫、氦和其它一切重子元素的數量是如何構成的?天文學家已經有了觀測的方案,他們清楚地知道在宇宙的什麼地方去發現大部分的普通物質,大約有10%的普通物質分布在星系的内部,大約有60%的普通物質分散在星系之間的氣體雲,剩餘的大約30%的普通物質很可能窩藏在廣袤的星系太空。

2012年,科羅拉多大學的薩爾和他的同僚預測了迷失的大約30%的重子物質或普通物質,它們在太空編織成了絲狀網結構,對太空中迷失重子的直接探測非常難,它們編織成了宇宙的絲狀網,科學家遇到了一個棘手的問題,迷失的普通物質有很大的溫度起伏,從幾千度到幾百萬度的溫度內插補點都有,靠近了類星體和星系的絲狀物質有極高的溫度,遠離類星體和星系的絲狀物質則有很低的溫度。大多數的絲狀網物質沒有吸收很多的輻射能量,它們遠離了星系中的輻射源,發出了極其微弱的光芒。天體實體學家将這些絲狀物質稱為溫熱——極熱的星際媒體 (WHIM)。

“迷失的物質”占到普通物質的三分之一

在星系之間搜尋“迷失的原子”或迷失的普通物質,一支由多個國家的科學家組成的項目團隊使用了一系列的探測衛星,他們将觀測目标對準了一個被稱為1ES 1553的類星體,這個類星體被數十萬顆恒星包裹得嚴嚴實實,在類星體的中心潛伏一個超大品質的黑洞,類星體1ES 1553正在吞噬大量的氣體物質,與此同時,黑洞由于“消化不良”而噴出了大量的氣體物質,類星體的噴流勾畫出一個氣柱狀的外形,黑洞的大噴發看上去好似一個在太空中巍然屹立的明亮燈塔。天文學家記錄了類星體噴流的資料,噴流“燈柱”穿越了太空,留下了黑洞“大輻射”的資訊,好似一名水手的眼睛透過了水面的迷霧,看見了為船隻導航的燈塔。

科學團隊的研究人員使用了搭載在哈勃太空望遠鏡上的“宇宙起源光譜儀”,通過太空儀器收集迷失的重子或普通物質的線索,研究人員還使用了歐洲航天局的XMM——牛頓望遠鏡或X——射線多鏡使命衛星,更加鎖定潛藏的重子物質,他們收到了由高度電離化的氧氣原子發出的信号,密密麻麻的氧原子氣體分散在類星體内,也分布在我們太陽系内的太空區域,分布的密度足夠高,滿足了理論預測的數量,也就是說,宇宙中有30%未知的重子或普通物質。天文團隊沒能回答一個十分棘手的問題,為何由氧氣體構成的絲網物分布在星系之間十分空曠的區域?似乎有某種未知的分布機制,絲狀的氧元素物質在某種機制的調配下分散到了離其它普通物質十分遙遠的太空區域。

“迷失的物質”占到普通物質的三分之一

(編譯:2021-6-22)