宇宙的一半物質(zhì)缺失了。天文學(xué)家剛剛找到了它。

對(duì)天空的新分析終于證實(shí)了宇宙中缺失的那一半可見(jiàn)物質(zhì)的藏身之處。

在星系周?chē)目臻g中，它以巨大、看不見(jiàn)的電離氫云的形式潛伏著。通常情況下，這是不可能看到的——但一個(gè)由天文學(xué)家和天體物理學(xué)家組成的大型國(guó)際團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)，可以在星空中的黑暗中揭示它的隱藏位置。

調(diào)查項(xiàng)目證實(shí)宇宙中缺失的一半物質(zhì)以星系際氫霧的形式出現(xiàn)，它從星系的活躍核心中噴出的距離比以前任何人認(rèn)為的都要遠(yuǎn)。

“我們認(rèn)為，一旦我們遠(yuǎn)離銀河系，我們就會(huì)回收所有缺失的氣體?！?a>天文學(xué)家 Boryana Hadzhiyska 說(shuō)加州大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

“為了更準(zhǔn)確，我們必須通過(guò)模擬進(jìn)行仔細(xì)分析，但我們還沒(méi)有這樣做。我們想做一個(gè)仔細(xì)的工作。

正常物質(zhì)或重子物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)能量分布的 5%;剩下的就是暗物質(zhì)（27%） 和暗能量（68%）。暗物質(zhì)和暗能量完全是另一回事，但失蹤重子物質(zhì)之謎是幾十年來(lái)一直困擾科學(xué)家的問(wèn)題。

問(wèn)題是，我們根本不知道其中很大一部分在哪里。氫約占宇宙的 90%由 Atoms和73%（質(zhì)量百分比）;因此，缺失的重子物質(zhì)的很大一部分是氫?？茖W(xué)家估計(jì)，我們已經(jīng)放錯(cuò)了宇宙中 50% 以上的氫。

太空中的氫可以被輻射電離，導(dǎo)致其微弱地發(fā)光，但在星系之間的空間中，氣體太分散，輝光太微弱，因此不容易被檢測(cè)到。

但是，尋找看不見(jiàn)的氫云的方法不止一種。一種越來(lái)越受歡迎的方法是觀察其背后的光線變化——宇宙微波背景，宇宙中彌漫在宇宙中的“第一道光”化石。

“宇宙微波背景位于我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺械谋趁?。這是可觀測(cè)宇宙的邊緣。宇宙學(xué)家西蒙娜·費(fèi)拉羅 （Simone Ferraro） 說(shuō)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。“所以你可以把它當(dāng)作背光來(lái)查看氣體在哪里?！?/p>

當(dāng)這種光穿過(guò)電離氫的漫射云時(shí)，它會(huì)在散射氣體中的電子時(shí)變亮或變暗。這稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)學(xué)Sunyaev-Zel'dovich 效應(yīng).不過(guò)，正如你可能想象的那樣，宇宙微波背景真的很微弱，也很難看到。

所以，解決方案是堆疊。你把一堆觀察結(jié)果放在一起，把它們疊在一起，以強(qiáng)調(diào)非常非常微弱的特征。研究人員對(duì)銀河系 80 億光年半徑內(nèi)的 100 多萬(wàn)個(gè)發(fā)光的紅色星系進(jìn)行了這項(xiàng)研究。

他們的結(jié)果表明，包裹在這些星系周?chē)臍鋾灡任覀兿胂蟮囊蟮枚唷Ｋ€提供了一個(gè)誘人的可能性，即光暈甚至比這次調(diào)查能夠檢測(cè)到的要大得多。

“測(cè)量結(jié)果肯定與找到所有氣體是一致的，”Ferraro 說(shuō).

然而，正如天文學(xué)中很常見(jiàn)的那樣，這一發(fā)現(xiàn)也引發(fā)了新的問(wèn)題。氫暈被喂食既可以通過(guò)來(lái)自星系外部的氣體落到它上面，也可以通過(guò)超大質(zhì)量的活躍相黑洞在銀河系的中心。

當(dāng)黑洞以高速率進(jìn)食時(shí)，它的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)射出巨大的物質(zhì)射流，這些物質(zhì)可以爆炸數(shù)百萬(wàn)光年進(jìn)入星際空間，以及強(qiáng)風(fēng)向各個(gè)方向爆炸，將任何氣體推入星系內(nèi)部，減少恒星的形成（因?yàn)楹阈鞘怯蓺怏w形成的）。

發(fā)現(xiàn)比預(yù)期更大的光暈表明，黑洞活動(dòng)可能是偶發(fā)性的，會(huì)打開(kāi)和關(guān)閉。這與黑洞看起來(lái)處于休眠狀態(tài)突然燃燒起來(lái).這是與我們的星系演化模型相關(guān)的信息。

這只是拼圖的一部分。其他繪制宇宙中缺失重子的嘗試表明，其中一些是束縛在細(xì)絲中的暗物質(zhì)形成宇宙網(wǎng)，連接著遙遠(yuǎn)距離的星系。該團(tuán)隊(duì)的工作為天文學(xué)家提供了一種尋找氫的新方法;現(xiàn)在他們只需要把碎片拼湊起來(lái)。

“這項(xiàng)工作為令人興奮的新研究方向打開(kāi)了大門(mén)，”他們?cè)趫?bào)紙上寫(xiě)字.

“了解氣體和暗物質(zhì)之間的聯(lián)系不僅有助于未來(lái)的宇宙學(xué)分析，也有助于我們理解星系的形成和演化。這篇論文為越來(lái)越多的旨在揭示大型宇宙學(xué)調(diào)查時(shí)代宇宙氣體復(fù)雜性的工作增添了重要的部分。

該研究已提交到物理評(píng)論信，可在arXiv.

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