宇宙大爆炸又一力證:科學家發現宇宙隱藏的普通物質

宇宙大爆炸又一力證:科學家發現宇宙隱藏的普通物質

圖說:這是一張宇宙網絡的模擬圖,它顯示的是宇宙中連接星系與星系的、由氣體彌散產生的卷鬚。

根據物理學的標準理論,普通物質,又稱被為“重子物質”,是構成宇宙中所有存在物質的基本材料。從恆星和黑洞核心到我們生活中的一切,普通物質構成了宇宙物質總量的17%(剩下83%是被暗物質所佔據),最常見的重子有組成日常物質原子核的質子、中子和電子等等。然而,一直以來,天體物理學家們只找到了理論學家預測的宇宙大爆炸所產生的普通物質總量的三分之二,另外三分之一下落不明。

據《自然》雜誌6月20日刊發的一篇新研究論文稱,一個由意大利天體物理研究所(INAF)的法布里齊奧·尼科斯特羅(Fabrizio Nicastro)和美國哈佛-史密森天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)共同領導的國際研究小組在星系與星系之間的空間中發現了那剩下的三分之一,從而讓宇宙中隱藏的最後一部分普通物質的奧秘昭白於天下。

該研究論文的合著者、美國科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)的天體物理和行星科學系的邁克爾·舒爾(Michael Shull)公佈道,這部分普通物質在大約100萬攝氏度的極高溫中以氧氣絲的形式存在。

這一發現是天體物理學界今年所邁出的舉足輕重的一步。舒爾介紹道:“這是測試驗證大爆炸理論是否成立的關鍵支柱證據之一:計算出氫、氦以及元素週期表中其它元素的重子數量。”與科學家們還沒有找到的暗物質不同的是,之前科學家們一直知道在宇宙中什麼地方可以找到大部分的普通物質——約10%在星系內部,還有接近60%位於星系之間的氣體彌散雲中。

2012年,舒爾和他的同事們曾預測,那部分缺失的30%重子很可能是以一種名為“溫熱星系際介質”(warm-hot intergalactic medium, 簡稱WHIM)的網絡狀形式存在於太空中。為了在星系之間尋找該區域內缺失的原子,該研究小組將一系列衛星對準一個名為“1ES 1553” 的類星體。該類星體是一個黑洞,它位於一個星系中心,同時吞噬和噴出大量的氣體。舒爾解釋道:“這基本上是太空中一個非常明亮的燈塔。”通過記錄來自類星體的輻射如何穿過太空,科學家們可以收集到大量的信息,就像水手在霧中看到燈塔來巡航一樣。首先,研究人員利用哈勃太空望遠鏡上的宇宙起源攝譜儀(Cosmic Origins Spectrograph)來尋找他們可能發現缺失重子的方位,然後接下來,他們再利用歐洲航天局的X射線多鏡任務(XMM-Newton)衛星進行導航,從而瞄準這些被發現的重子。

研究小組在該類星體和太陽系之間發現了一類高度電離的氧氣氣體的徵兆,這些氣體的密度足夠大,當它被外推擴散到整個宇宙時,就佔了宇宙中普通物質剩下的30%。舒爾感嘆道:“我們找到了缺失的重子!”他懷疑,該星系和類星體在數十億年的時間裡把這些氣體吹進了太空深處。舒爾補充說,研究人員需要通過將衛星指向更明亮的類星體來證實他們的發現。


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