世界不思議

科學家解決了關於宇宙中消失物質的謎題


在觀察廣袤的宇宙時,科學家被一個問題長久困擾——有一半理論模型中出現的物質消失了,這成為了有名的「重子丟失問題」。

這個問題像陰影一樣籠罩在我們關於宇宙的理論上,要麼是他們(指算理論物質的人)錯了,要麼重子物質極其善於躲藏。然而,一組科學家認為他們通過快速射電脈衝找到了消失的物質。

一項發表在Nature上的研究,依靠無線電波輻射的神秘爆炸來解決這個數十年久的宇宙謎題。

在分析了「宇宙微波背景輻射」,或者說是大爆炸後遺存的輻射量之後,天文學家估計普通物質或重子物質,組成宇宙天體例如恆星、行星和我們的質子和重子占宇宙總內含物的85%。重子物質不同於更難以捉摸的暗物質,它組成了宇宙超過80%的部分,但仍然探測不到。

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然而,當觀測銀河系和附近的其他星系時,天文學家只發現不到預期的一半的重子量。

「我們從宇宙大爆炸的測量中知道在宇宙開始時有多少物質,但當我們看向如今的宇宙時,我們找不到理應存在物質的一半,這實在是很尷尬。」國際射電天文學研究中心柯廷大學副教授,這項新研究的主要作者Jean-Pierre Macquart在一份聲明中這樣說道。

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重子丟失問題一直是科學家關於早期宇宙和行星形成模型拼圖中最關鍵的其中一塊。

科學家在過去20年左右間花費了相當多的時間尋找這種消失的物質,但找到它是個巨大的挑戰,因為這種物質不會發出任何光,而且宇宙還是如此的空闊。「找消失的物質就相當於一間普通大小的辦公室里的找一兩個原子」,Macquart說道。

為了找到這種消失的物質,這項新研究背後的研究者們轉向另一個宇宙謎題:快速射電暴。

射電爆發是持續數毫秒的密集無線電信號,與太陽80年釋放的能量相當。然而,即使他們在2017年他們發現了它們,天文學家仍然不清楚它們從哪裡產生。

但這對新研究沒有影響,這組科學家反而用快速射電暴當作「宇宙稱重站」。

使用大英國協科學和工業研究組織的澳大利亞平方公里陣列探路者(ASKAP)射電望遠鏡,研究者們探測到了快速射電暴並判定了它們在其主星系的位置。據研究者所說,他們能將快速無線電爆發的位置精確到200米外一根人類頭髮寬度那麼準。

來自快速射電暴的輻射被消失的物質分散,就和陽光的顏色被稜鏡色散的方式一樣。

這個團隊還確定了快速射電暴是什麼和它在宇宙中穿行時如何被分散的關係。最終,他們計算出了減慢快速射線爆發大概要遇到多少電子。

但是研究指出,雖然學者們認識到缺失物質就在那兒,但下一步還是要確定「它們」確切在哪裡。

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