《天體物理學雜誌》:天文學家或已找到宇宙「丟失」物質

2021-01-09 科學網
《天體物理學雜誌》:天文學家或已找到宇宙「丟失」物質

據美國「每日科學」網5月13日(北京時間)報導,加州大學天文學家利用歐航局(ESA)的XMM-牛頓太空望遠鏡與美國宇航局(NASA)的錢德拉X射線太空望遠鏡,在距地球4億光年之處,發現巨大的星系際氣體儲存槽。這一發現成為迄今為止最強有力的證據,證明這些在宇宙中的瀰漫之物,就是科學家不斷尋找的丟失物質。

 

這些宇宙「失蹤家族」的成員與難以捉摸的暗物質不同,其主要由重子組成,即常規質子與電子。

 

通常認為宇宙物質中有5%由重子物質組成,其雖微小,但是人類本身以及最大可觀測宇宙範圍內的發光天體都是由重子物質構成,其餘是23%的暗物質和72%的暗能量。而僅僅這麼小的重子百分比中,尚有一半下落不明。科學家在對宇宙年齡的1/10處(即星系剛形成時)的星系間原子氫進行觀測,可以估計出當時重子物質的量,要遠多於現在的量,其他的重子物質就此丟失。而目前所有可見的恆星、星系和氣體的物質總量,其實比丟失的部分還要小。此次研究觀測到的對象即屬於丟失的這一部分。

 

研究人員指出,這一部分「失蹤家族」,其觀測難度有甚於暗物質。

 

星系形成的流體動力學模擬顯示,現今大量的重子物質可能存在於溫度介於幾十萬攝氏度到一百萬攝氏度之間的溫熱星系際物質(WHIM),以網絡狀瀰漫於鄰近宇宙,而不是位於恆星或者星系。但在演化過程中,不斷有熾熱氣體隨星系風進入星系際空間,使這種氣體雲極其稀薄,就算被檢測到,證據也頗為模糊。

 

目前最行之有效的方法則是探測比氦重的元素的高電離吸收線。這些氧離子的譜線只能在紫外線和X射線波段才能被觀測到。錢德拉與XMM-牛頓望遠鏡的強大技術使得這些觀測成為可能。在2009年2月,加州大學天文學家在4億光年外一個大型星系中「疑似」捕獲到部分丟失的物質,當時數據顯示其如果是這部分丟失物質,將十分符合宇宙學的標準模型。

 

這種觀測只能是間接的,需利用20億光年外活躍星系核(AGN)中飛速成長的超大質量黑洞所發出的X光,窺探位於AGN與地球之間4億光年處的玉夫座長城(Sculptor Wall),這是一個由數以千計的星系構成的長達數千萬光年的大尺度宇宙結構,其中的WHIM會吸收AGN的X射線。經過進一步探測與海量數據分析,現可預測其間WHIM含量約為每立方米6個質子。與此相比,銀河系中每立方米擁有100萬顆氫原子的彌散氣體都算是很濃密了。

 

該研究發表在最新出版的《天體物理學雜誌》(

The Astrophysical Journal

)上。

 

 

 

 

 

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