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2024年6月23日 星期日

科学探索宇宙時空

科學發現:宇宙的遺失物質——重子

姜啟明

2018年6月29日

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姜啟明

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姜啟明

【新三才編譯首發】宇宙的遺失物質——重子,已被發現,它在星星之間浮動。

研究宇宙古代歷史的研究人員知道有多少普通物質在宇宙大爆炸期間產生,也就是組成重子——包括質子和中子這一類亞原子粒子在內——的物質。而研究現代宇宙的研究人員則知道人類用望遠鏡可以看到多少普通的重子物質。

但直到最近,這些數字並不匹配:有三分之一宇宙原始重子物質失踪。現在,一個國際研究小組藉由對某個令人難以置信的明亮黑洞所進行的聰明觀察後,他們表示已經找到了這些宇宙的遺失物質。

研究人員6月21日發表在「自然」雜誌上的一項研究中寫道,失踪的重子一直隱藏在星星之間薄而熱的氧氣雲層中漂浮。這種氣體是高度電離的,這意味著它的大部分電子都沒有了,而且它有很強的正電荷。

「我們找到了失踪的重子。」共同研究者之一的科羅拉多大學博爾德分校天文學家邁克爾·沙爾(Michael Shull)在論文中聲明。

研究人員寫道,氧氣的信號太強烈,並且與源於類星體光的隨機波動一致。天文學家也排除了造成氧氣影子的微弱星系的可能性。

自從至少2011年以來,研究人員一直懷疑失踪的重子可能隱藏在這種稱為暖—熱星系間介質(WHIM)的材料中,但WHIM很難直接觀察。為了發現隱藏在那裡的氣體,他們必須提出一個聰明的想法。

遠離地球的地方有黑洞吸收大量物質。這些物質發出非常明亮的光線,在地球上透過望遠鏡就可以發現。研究人員稱這類黑洞星體為宇宙中最亮的物體。這意味著來自類星體的光具有「高信噪比」,在這種情況下很容易看出是否有東西模糊了它。

指向類星體的望遠鏡不僅讓天文學家可以看到物體本身,還揭示了類星體和望遠鏡之間漂浮的物體,也就是WHIM的細絲。

研究人員通過仔細觀察WHIM如何遮擋和改變從類星體發出的光進入兩台望遠鏡的鏡頭,就能夠弄清楚WHIM是由什麼組成的。事實證明,答案是氧氣,而且加熱到接近華氏180萬度(攝氏100萬度)。

這些遺失的重子與研究人員所認為存在的暗物質不同,由於其對恆星的引力影響,重子被認為是以比簡單重子更奇特的粒子形式存在的。

在一份聲明中,研究人員表示,他們能夠從觀察到的WHIM中推斷氧氣形式的多少重子物質漂浮在宇宙其他地方作為WHIM。他們表示,為了確認和完善他們的觀測,他們計劃將他們的望遠鏡指向其他類星體,並觀察WHIM模糊它們。

(編譯:王明真)

(責任編輯:姜啟明)

(文章來源:新三才編譯首發)

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