06.23 物理學家剛剛發現宇宙中最後失蹤的質子和中子

宇宙中缺失的物質已經被發現,它漂浮在恆星之間。研究宇宙古代史的研究人員知道,宇宙在大爆炸中產生了多少普通物質——構成重子的物質,重子是一種包含質子和中子的亞原子粒子。研究現代宇宙的研究人員知道人類用望遠鏡能看到多少普通的重子物質。奇怪的夸克和介子,大自然的最小粒子切割。但直到最近,這些數字還不一致:宇宙中三分之一的重子物質不見了。現在多虧了一個聰明的觀察,一個非常明亮的黑洞,一個國際研究團隊說他們已經找到了。

物理學家剛剛發現宇宙中最後失蹤的質子和中子

插圖描繪了一個類星體,或超大質量的超亮度黑洞。圖片:NASA/ESA

研究人員在6月21日發表在《自然》(Nature)期刊上的一項研究中寫道:失蹤的重子一直隱藏在恆星之間,就像稀薄的熱氣團一樣。氣體是高度電離的,這意味著它的大部分電子都丟失了,而且它帶有很強的正電荷。科羅拉多大學博爾德分校的天文學家、論文合著者邁克爾·舒爾(Michael Shull)在一份聲明中說:我們找到了失蹤的重子。研究人員寫道,在類星體的光線中,氧氣的信號太強而穩定,來自於隨機波動。天文學家還排除了一個微弱的星系造成氧氣陰影的可能性。

至少從2011年開始,研究人員就懷疑失蹤的重子可能隱藏在這種物質中,這種物質被稱為“熱星系間介質”,但這種突發奇想很難直接觀察到。為了發現藏在那裡的毒氣,他們想出了一個聰明的辦法。在遠離地球的地方,有黑洞吞噬大量物質。這種物質會發出非常明亮的光,在這顆行星上的望遠鏡可以觀測到它。研究人員稱這些黑洞為類星體——它們是宇宙中最亮的物體。這意味著來自類星體的光具有“高信噪比”,在這種情況下,很容易看出是否有什麼東西遮蔽了它。將望遠鏡對準類星體不僅能告訴天文學家關於這個物體本身的信息,還能揭示出類星體和望遠鏡之間漂浮的東西。

在這種情況下,某些東西是突發奇想的長絲。通過仔細觀察類星體進入兩架望遠鏡的透鏡時,如何模糊和改變其發出的光,研究人員能夠弄清楚這種突發奇想是由什麼構成的。答案是氧氣,加熱到將近180萬華氏度(100萬攝氏度)。由於引力對其他恆星的影響,研究人員認為,這些缺失的重子和暗物質是不一樣的。這種物質被認為以比簡單重子更奇異的粒子形式存在。研究人員說他們能夠根據觀察到的突發奇想推斷出宇宙中其他地方有多少重離子物質以氧的形式漂浮。為了證實和完善他們的觀測結果,他們計劃將望遠鏡對準其他類星體,觀察他們的突發奇想。


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