部分宇宙丟失物質或被找到

超級計算機模擬建立了星系和星團如何在宇宙網中生長的模型。

圖片來源：ANDREW PONTZEN AND FABIO GOVERNATO

如果你在無法找到鑰匙時會感到沮喪，那麼請想像一下天文學家的感受。多年來，天文學家一直沒有找到他們認為宇宙肯定含有的約一半原子。如今，研究人員利用來自早期宇宙的輻射追蹤到了很多丟失的物質。此項研究有助於鞏固人們對宇宙如何隨著時間流逝發生進化的理解。

標準宇宙模型顯示，宇宙充斥著由巨量暗物質構成的細絲網，而星系被鑲嵌在這張所謂的宇宙網中。科學家假定，丟失的原子位於在星際間延伸且由高度離子化氣體構成的瀰漫雲層。這種有著上百萬攝氏度的氣體被稱為「溫熱星系際物質」（WHIM），並且以X射線的形式發出光芒。不過，它非常稀薄，以至於很難被發現。利用能看見紫外輻射的觀測台比如哈勃太空望遠鏡，天文學家能看見足夠的WHIM以解釋約50%～70%的丟失重子，但仍有很大一部分下落不明。

在最新研究中，來自英國愛丁堡大學的團隊試圖利用一種完全不同的光照來源——宇宙微波背景（CMB）挑出細絲網路中的WHIM。隨著宇宙膨脹，CMB中的光子拉伸到更長的波長，並且冷卻至比絕對零度高出幾攝氏度的溫度。當這些光子擊中宇宙網中的電子時，它們會獲得能量。同時，光子的波長被小幅度縮短。這一現象被稱為蘇尼亞耶夫—澤爾多維奇（SZ）效應。通過尋找SZ效應，研究人員可以追蹤宇宙網中的WHIM。

SZ效應極其微弱，僅使光子波長縮短了約1/10000000。為獲得足夠強的信號以便觀察到SZ效應，研究人員利用了斯隆數字巡天計劃發現的100萬個星系對，並將其圖像堆放在一起。所有星系對均被類似距離隔開。可以確定的是，他們能在合併的圖像中發現SZ效應，並且估測了令冷微波光子改性的熱重子物質的數量。近日，研究人員在預印本伺服器arXiv上報告了這一發現。

研究表明，宇宙網中的物質密度約是平均值的6倍。這足以將30%左右的丟失物質包含在內。不久前，一項發表於arXiv的獨立研究利用SZ技術對26萬個星系對進行了分析，並且得出類似結論。

來源：科學網

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