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可見宇宙中缺失的那部分質量總算被找著了

星系之間缺失的一環終於被補上了。長久以來,在由正常物質(質子,中子,電子等)構成的可見宇宙裡,有差不多一半的質量不知所踪,我們在群星間搜索,向星雲中打量,不放過每個可疑恆星,結果卻一直令人失望。現在,我們找到了那部分質量。

或許您聽說過暗物質,那是一種在宇宙深處的神秘物質;我們唯一能觀察到的就是它產生的引力。但是按照我們的宇宙模型,除了暗物質,剩餘宇宙的質量還是應該比我們知道的大一倍。

現在兩個獨立的團隊找到了那一半宇宙物質,他們是由重子而不是暗物質構成的、灼熱的像煙氣一樣彌散的絲線狀物質,將星系連接在一起。

“失踪的重子問題解決了,”法國奧賽太空天體物理研究所的Hideki Tanimura說,他是其中一個團隊的領導者。另一隊由英國愛丁堡大學的Anna de Graaff率領。

“沒有什麼最佳觀測點,我們也沒有發明出來什麼最佳觀測儀器,能直接觀察這種氣態的物質。”倫敦大學學院Richard Ellis說, “直到現在一切都是純粹的猜測。”

所以這兩個團隊不得不尋找另一種方式來明確地表明這些氣體真的在那裡。

兩支隊伍都利用了一種被稱為Sunyaev-Zel'dovich效應的現象,這種現象發生在宇宙大爆炸,光線通過高熱的氣態物質時。隨著光線的傳播,其中一些散射出氣體中的電子,在宇宙微波背景中留下了一個暗淡的斑塊——創世遺蹟的快照。

2015年普朗克衛星在整個可觀察的宇宙中創建了一幅這種效應的地圖。因為星系之間的氣體捲曲如此漫長,所以造成的朦朧斑點太小了,無法直接在普朗克的地圖上觀察到。

兩隊都從斯隆數字天空(Sloan Digital Sky Survey)中選出了一系列星系,這些星系預計是由一連串的重子相連。他們強化了衛星在掃描星系之間的區域時的信號接收強度,使單個微弱的線索可以被檢測到。

Tanimura的團隊將數據疊加在26萬對星系上,而Graaff的小組則使用了超過一百萬對星系。兩隊都發現了星系之間氣體絲的明確證據。Tanimura他們發現,它們幾乎是宇宙中正常物質的平均密度值的三倍,而Graaff的小組發現它們的密度更是高過六倍,確認這些區域中的氣體足夠密實,形成連接不同星雲的細絲。

“我們預料到了會有一些差異,因為我們正在觀察不同距離的細絲,”Tanimura說。“如果把這個因素包括在內,我們的研究結果與其他組織非常一致。”

最後,發現被預言的額外的重子證實了我們對宇宙的一些基本假設。

Ralph Kraft對馬薩諸塞州天體物理學哈佛史密斯中心的聽眾說:“每個人都知道它必須在那裡,但是這是第一次有人——兩個不同的組織,而不是一個——給出了確定的觀測證據。”

他說:“這很大程度上指引了我們對星系形成的許多想法,以及宇宙在歷史上怎樣誕生了結構。”

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