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    与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

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      普朗克
      与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

      博科园:本文为天体物理学类

      天文学家花了几十年时间寻找一种听起来很难忽略的东西:宇宙中大约三分之一的“普通”物质。NASA钱德拉x射线天文台的新发现可能帮助天文学家找到了这片难以捉摸的大量失踪物质。通过独立可靠的观测,科学家们自信地计算出了大爆炸之后普通物质(也就是氢、氦和其他元素)存在的数量。在最初的几分钟到大约十亿年的时间里,大部分普通物质变成了宇宙尘埃、气体和恒星、行星等天体,望远镜可以在当今的宇宙中看到它们。问题是,当天文学家把当今宇宙中所有普通物质的质量加起来时,大约有三分之一的物质无法被发现(这种缺失的物质不同于仍然神秘的暗物质)。

      与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

      博科园-科学科普:一种观点认为,在星系间空间中,丢失的物质聚集成巨大由温暖(温度低于10万开尔文)和炽热(温度高于10万开尔文)气体组成的“链”或“丝”。这些细丝被天文学家称为“温热星际介质”。光学光学望远镜无法观测到它们,但在紫外光下已经探测到丝中的一些热气体。利用一项新技术,研究人员基于钱德拉和其他望远镜的数据,发现了关于温热星际介质热成分新的有力证据。马萨诸塞州剑桥市|哈佛史密森中心(CfA)的奥尔索亚·科瓦奇(Orsolya Kovacs)说:如果我们找到了这些失踪的物质,就能解决天体物理学中最大的难题之一,宇宙把这么多组成恒星、行星和我们的物质藏在哪里?

      与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

      图片:钱德拉X射线中心

      天文学家利用钱德拉来寻找和研究沿着类星体路径上的热气体细丝。类星体是一种明亮的x射线源,由快速增长的超大质量黑洞提供能量。这个类星体距离地球约35亿光年。如果温热星际介质的热气体成分与这些细丝有关,类星体的一些x射线就会被这些热气体吸收。因此,在钱德拉探测到的类星体x射线中寻找热气体印记的特征。这种方法的一个挑战是温热星际介质吸收的信号与类星体发出x射线总量相比是微弱的。当搜索不同波长x射线的整个光谱时,很难将这种微弱的吸收特征(温热星际介质的实际信号)与随机波动区分开来。科瓦奇和团队克服了这个问题,他们将搜索重点集中在x射线光谱的某些部分,减少了误报的可能性。

      与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

      • 光路,图片:NASA/CXC/K. Williamson, Springel et al

      首先识别类星体视线附近的星系,这些星系距离地球的距离与紫外线数据探测到的暖气体区域距离相同。通过这项技术,确定了类星体和我们之间的17种可能细丝,并获得了它们之间的距离。由于宇宙的膨胀,光在传播的过程中会被拉长,这些长丝中物质对x射线的任何吸收都会被转移到更红的波长。这种位移的大小取决于到灯丝的已知距离,因此研究小组知道在光谱中从哪里寻找突发温热星际介质的吸收。同样来自CfA的合著者阿科斯·博格丹(Akos Bogdan)说:理论上,我们的技术类似于如何在非洲广袤的平原上进行有效的动物搜索,我们知道动物需要喝水,所以先在水坑里找找看是有道理的。

      与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

      在缩小搜索范围的同时,研究人员还必须克服x射线吸收微弱的问题。因此,他们通过将17个细丝的光谱加在一起来增强信号,将一个5.5天的观测结果转化为几乎相当于100天的数据。通过这项技术,探测到氧的特征,表明它存在于温度约为100万开尔文的气体中。研究人员表示,通过从这些氧的观测中推断出全部元素,从观察到的区域推断出局部宇宙,可以解释缺失物质的全部数量。至少在这个特例中,失踪的物质毕竟是一时兴起而隐藏起来的。同样来自CfA的合著者兰德尔·史密斯说:我们很高兴能够找到一些丢失的物质。未来,我们可以将同样的方法应用到其他类星体数据上,以证实这个长期存在的谜团终于被破解了。

      与暗物质不同!宇宙究竟把它丢失的物质藏在哪里?

      博科园-科学科普|研究/来自: 钱德拉X射线中心

      参考期刊文献:《天体物理学》,《arXiv》

      Cite: arXiv:1812.04625

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