連接宇宙的神秘之網顯露真容,它究竟是由什麼組成的?

2020-12-05 天文在線

在宇宙較為顯眼的地方——星系、星系團和星系際介質中，所有正常發光物質數據都已被計算，但是仍有大約一半的數據處於缺失狀態。在宇宙中，有85%的物質是由一種未知的，看不見的「暗物質」構成，所以我們很難在裡面發現正常的物質。這就是所謂的「重子缺失」問題。

重子是跟質子、中子或電子一樣發射或吸收光的粒子。它們構成了我們周圍能看到的物質。那些「下落不明」的重子被認為隱藏在瀰漫整個宇宙的絲狀結構中，這種絲狀結構被稱為「宇宙網」。

這種結構令人難以捉摸。到目前為止，我們只是看到了它的一小部分。一份發表在《科學》雜誌上的研究為我們提供了更好的視角，幫助我們了解他到底長什麼樣。

根據「標準宇宙模型」的預測，「宇宙網」為宇宙中的大規模結構提供了支架。宇宙學家們認為，在宇宙中有兩種「宇宙網」，一種是由「暗物質」組成的黑暗「宇宙網」，另一種是主要由氫氣組成的發光「宇宙網」。

事實上，人們認為在大爆炸時所產生的氫，有60%存在於這些「宇宙網」中。

這種絲狀氣體痕跡網也被稱為「星系際溫熱介質」（WHIM），因為它熱得幾乎跟太陽的內部一樣。星系很可能形成於兩個或者多個這樣的絲狀物的交點。那裡的物質密度最大，絲狀物連接著宇宙中所有的星系團。

到目前為止，我們仍然不能發現「暗物質」。因為它不發射和吸收光，所以，普通的望遠鏡不能觀察到它。同理，「宇宙網」的纖維很難被發現，也是因為它們非常分散，並且沒有發射足夠的光以便於人們的觀察。

自最初的預測以來，人們就開始想方設法地搜索有關於「宇宙網」的信息。

其中一種方法就是依賴於背景中與絲狀氣體痕跡在同一視線上的明亮物體。在纖維上的氫原子可以通過紫外線輻射裡的特殊波長吸收光線，因此，當它被波長分解成光譜時，人們可以通過背景中光的吸收線來檢測到它。

這種方法已經應用於類星體（一種非常明亮的大質量天體，空間很大，裡面甚至有背景星系）。

星系點亮了「宇宙網」

該項研究以一種全新的方法檢測到了這種氣體，這種方法允許對「宇宙網」進行二維成像，而不是僅僅依賴於通過吸收研究中得來的躲在氣體雲後的光源的隨意定位。

他們所研究的對象名字很吸引人，叫SSA22，這是一個原星系團（即處於嬰兒期的星系團）。它比之前測量到的「宇宙網」要遠得多，距地球大概120億年。這意味著我們要追溯到宇宙的早期階段，讓科學家們去探索這些纖維究竟是怎麼形成的。

幾年前，在這個原星系團的中心附近，科學家們發現了一些非常明亮的產星星系，這些星系被稱為「亞毫米星系」。這項研究發現了16個這樣的星系和8個強大的X射線源，在早期，這是一種非常罕見的、密度超高的天體。

這些星係為纖維上的所有氫氣提供了大量的電離輻射，使氫氣發射出我們能夠觀察到的光。這是一種比觀察吸收的光更有希望的技術。

這項研究也有助於解決另一個謎，即「亞毫米星系」是如何形成的。最廣為人們所接受的解釋就是，他們的形成是因為兩個正常星系的合併。因此，他們是具有兩倍光量的巨大星系。

此外，這項研究還證實了一個假設——計算機模擬顯示，這些星系可以在鄰近「宇宙網」湧入的冷氣體中成長。

圖解:有纖維的大質量星系團模擬圖（約書亞·博羅/C-EAGLE）

詳細的地圖

這項研究的出現為更系統、二維的絲狀氣體痕跡映射鋪平了道路，我們可以從這種映射中得知絲狀氣體痕跡在太空中的運動。

未來的研究會幫助我們進一步繪製出隱藏的「宇宙網」。除了觀察充滿明亮物體的星系團外，我們還可以通過無線電或X射線波長追蹤「宇宙網」的發射。可是，X射線追蹤的氣體比星系際溫熱介質要熱得多。

擬議中的雅典娜X射線天文臺將提供一張圖像，這張圖像完整地展示了在附近宇宙中的星系團周圍的熱纖維。

還有另一項計劃中的任務是，在2050年後，利用宇宙微波背景（即大爆炸後留下的光）作為「背景光」來尋找「宇宙網」留下的細微痕跡。

所有的這些方式都將會揭示整個「宇宙網」的結構，並且為我們提供存在於宇宙中的物質的最終普查。

更重要的是，我們都知道重子存在於宇宙的暗物質細絲中，並形成它們自己的細絲，就像存在于波浪上的泡沫。這意味著詳細的絲狀氣體痕跡圖可以幫助我們追蹤更多隱藏的暗物質結構，最終幫助我們了解其神秘的本質。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. ANDREEA FONT, THE CONVERSATION- ChenHju:Tong- sciencealert

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