宇宙似乎出了差錯,在宇宙預算裡似乎出現了巨大的紫外光赤字。星系之間的廣袤空間是由氫和氦的卷鬚狀物聯通,這些卷鬚狀物可以被用作為精確的「測光表」。近期發表在期刊《天體物理學快報》上的一項研究裡,科學家小組發現來自已知星系群和類星體群的光還不足以解釋觀測到的星系間的氫,這種差值大約為400%。
「這就像你身處異常明亮的寬敞房間,但你環顧四周卻只看到幾個40瓦的燈泡,」研究首席作者、美國卡內基梅隆大學的尤納·科爾邁爾這樣說道。「這些光從何而來?」
奇怪的是,這種不符只出現在被研究的較為透徹的臨近宇宙裡。當望遠鏡觀測幾十億光年遠的星系時(也即觀察的是幾十億年前的宇宙),一切似乎合情合理。這種不符只出現在近期附近的宇宙讓科學家們困惑不已。
科學家們研究的這種光主要是由高能量紫外線光子組成,後者能夠將電中性的氫原子轉化為帶電的離子。這種電離化光子的兩個已知來源分別是類星體——由落入質量為太陽幾百萬倍的超大質量黑洞的炙熱氣體所驅動——和炙熱的年輕恆星。
觀測表明年輕恆星電離的光子幾乎總是被宿主星系裡的氣體所吸收,因此它們從未逃逸至影響星系間氫。但已知類星體的數量遠少於產生觀測到的光所需要的類星體數量。
「要麼我們觀測到的星系和類星體的光非常遙遠,或者存在我們尚未識別的電離光子的其它主要來源。」 科爾邁爾說道。「我們將這種缺少的光稱為光子生產不足危機。但事實上陷入危機的是天文學家,宇宙似乎仍運轉良好。」
這種不符產生於超級計算機對星系間氣體的模擬與對哈勃太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀觀測的最新分析之間的對比。「計算機模擬與早期宇宙的數據完美匹配,如果假設額外的光源也存在,那麼模擬也與本地數據完美匹配。」 研究合作作者、美國科羅拉多大學的本·奧本海默這樣解釋道。「很有可能計算機模擬並沒有反應現實,因此它或可能是個驚喜,因為星系間氫氣是宇宙的組成部分,我們認為對它們的理解最為完善。」
「最令人激動的可能性在於缺失的光子來自某種外來的新來源,而非星系或者類星體。」研究合作作者、美國麻薩諸塞大學安姆斯特分校的尼爾· 卡茨這樣說道。例如從未被直接觀測到的神秘暗物質自身可能在不斷衰變,最終導致了這種額外的光。「當你認真考慮衰變的暗物質,你會知道這便是種危機!」卡茨說道。「400%的差異讓你確定的知道其中一定有問題。」研究合作作者、美國俄亥俄州立大學的大衛· 韋恩伯格這樣評論道。「我們仍然不知道它具體是什麼,至少我們認為我們了解現代宇宙這一觀點並非正確。」
無論最終解釋是外來來源與否,天文學家仍將繼續努力試圖解開這個謎題。這項研究的其它合作作者包括義大利英蘇布裡亞大學的弗朗西斯科·哈爾特、南非西開普大學的隆美爾·大衛、美國麻薩諸塞大學安姆斯特分校的馬克·法達爾、美國加州大學聖克魯茲分校的皮耶羅馬道、美國科羅拉多大學的查爾斯·丹佛斯、美國亞利桑那大學的阿曼達·福特、空間望遠鏡科學研究所的莫莉·皮普爾斯和美國俄亥俄州立大學的約瑟夫·麥克尤恩。