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科学家找到丢失的物质

来源:中国科学院 作者: 2017年10月12日 14:26
[导读] 

文章来源:中国科学报 徐徐 发布时间:2017-10-12

 

超级计算机模拟建立了星系和星团如何在宇宙网中生长的模型。图片来源:ANDREW PONTZEN AND FABIO GOVERNATO

 

如果你在为无法找到钥匙而沮丧,那么请想象一下天文学家的感受。多年来,天文学家一直没有找到他们认为宇宙肯定含有的约一半原子。如今,研究人员利用来自早期宇宙的辐射追踪到很多丢失的物质。此项研究有助于巩固人们对宇宙如何随着时间流逝发生进化的理解。

标准宇宙模型显示,宇宙充斥着由巨量暗物质构成的细丝网,而星系被镶嵌在这张所谓的宇宙网中。科学家假定,丢失的原子位于在星际间延伸且由高度离子化气体构成的弥漫云层中。这种有着上百万摄氏度的气体被称为“温热星系际物质”(WHIM),并且以X射线的形式发出光芒。不过,它非常稀薄,以至于很难被发现。利用能看见紫外辐射的观测台比如哈勃太空望远镜,天文学家能看见足够的WHIM以解释约50%~70%的丢失重子,但仍有很大一部分下落不明。

在最新研究中,来自英国爱丁堡大学的团队试图利用一种完全不同的光照来源——宇宙微波背景(CMB)挑出细丝网络中的WHIM。随着宇宙膨胀,CMB中的光子拉伸到更长的波长,并且冷却至比绝对零度高出几摄氏度的温度。当这些光子击中宇宙网中的电子时,它们会获得能量。同时,光子的波长被小幅度缩短。这一现象被称为苏尼亚耶夫—泽尔多维奇(SZ)效应。通过寻找SZ效应,研究人员可以追踪宇宙网中的WHIM。

SZ效应极其微弱,仅使光子波长缩短了约1/10000000。为获得足够强的信号以便观察到SZ效应,研究人员利用了斯隆数字巡天计划发现的100万个星系对,并将其图像堆放在一起。所有星系对均被类似距离隔开。可以确定的是,他们能在合并的图像中发现SZ效应,并且估测了令冷微波光子改性的热重子物质的数量。近日,研究人员在预印本服务器arXiv上报告了这一发现。

研究表明,宇宙网中的物质密度约是平均值的6倍。这足以将30%左右的丢失物质包含在内。不久前,一项发表于arXiv的独立研究利用SZ技术对26万个星系对进行了分析,并且得出类似结论。

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[责任编辑:kb104]
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