來自遙遠外太空的X射線 幫助找到了宇宙中缺失物質的線索

儘管構成了我們日常生活中所常見和接觸的所有東西,但普通(ordinary)或重子(baryonic)物質在宇宙中缺失相對罕見的。更奇怪的是,似乎有一大塊東西“不見了”。在巡天 20 年之後,天文學家終於藉助歐洲宇航局(ESA)的 XMM-牛頓天文臺,找到了隱匿在星際間氣體中“失蹤物質”的線索。當你攤開宇宙這張大餅時,會發現“暗能量”(dark energy)佔據了 70%,且它被認為是加速宇宙膨脹的推手。

來自遙遠外太空的X射線 幫助找到了宇宙中缺失物質的線索

天文學家發現了宇宙中“失蹤物質”的線索,其潛伏在“宇宙網”細絲中的星際氣體之間。

另外 25% 則是神秘不可見的“暗物質”(dark matter),科學家們似乎只能通過重力知曉。剩下的 5% 是普通物質,包括了我們人類、地球、太陽、以及其它所有恆星和行星。

最後一點、也是本文要表述的重點 —— 藏匿的那 5%,到底該怎麼解釋呢?

在空間中觀察,基本上和回顧時間是一樣的。對最遙遠的物體進行觀測,可以揭示數十億年的‘物質預算’是如何變化的。

然而在歷史上的某一時刻,天文學家失去了大量的信息。論文一作 Fabrizio Nicastro 表示:

缺失的重子(baryons),是現代天體物理學中最大的謎團之一。

我們知道物質一定會在某個地方,也在早期宇宙中看到了它。

但我們再也沒能抓住它,所以它到底去哪了呢?

將我們在銀河系和星系團周邊看到的所有恆星、行星、揚塵和氣體都算進來,也只有其中大約 18% 的普通(ordinary)物質被觀察到。

再將我們在冷暖星系和星系團周圍看到的氣體算進來(它織成了一張‘宇宙網’),又把其中的 43% 給算進去了。

不過簡單計算一下,還有大約 40% 隱匿在無形之中。

來自遙遠外太空的X射線 幫助找到了宇宙中缺失物質的線索

遙遠類星體發出 X 射線信號的想象圖,這有助於確定在我們和它之間的物質。

好消息是,新研究發現,他們已經找到了遺失已久的物質可能在哪裡的信號。

藉助歐洲宇航局 XMM-牛頓 X 射線太空天文臺,研究團隊在 2015~2017 年間的 18 天裡,觀察到了一個位於 40 多億光年之外的類星體。

通過研究在漫長的旅途中,類星體的 X 射線信號是如何被遮擋的,天文學家可以確定它和我們之間的物質是什麼。

果然,研究人員找到了他們想要的東西。Nicastro 稱:

在梳理了這些數據之後,我們成功地在和遙遠星體之間的熱星系間氣體中,於視線範圍內兩個不同的地方找到了氧氣的特徵。

這是因為有大量的物質 —— 包括氧氣 —— 留在那裡。正如預期的那樣,我們最終可以縮小宇宙‘重子預算’的缺口。

來自遙遠外太空的X射線 幫助找到了宇宙中缺失物質的線索

宇宙物質預估圖解(圖自:ESA)

為了弄清楚這些讀書是否在任何地方發生、或者可能只是一個孤立的事件,研究人員計劃未來藉助 ESA XMM-牛頓和 NASA 錢德拉 X 射線天文臺,對其它類星體重複這項研究。

如果得到確認,將有助於提升我們對宇宙結構和演化的理解。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然》(Nature)期刊上。


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