天文界傳來振奮消息，找到缺失在宇宙一角的重子物質

根據現有的宇宙學模型來看，宇宙中可被觀測到的常規物質（即重子物質）理論上應該佔有4.9%，但這些構成恆星、行星、星際塵埃和氣體的普通原子在過去仍有將近一半的量常年下落不明，被稱為「失蹤重子」。如今，來自兩個不同機構的研究團隊都歡呼，這些一直躲藏在宇宙一角的重子物質可能被找到了，它們就存在於星系間瀰漫雲的絲狀結構里。

如果你有怎麼找都找不到鑰匙的經驗，那你一定可以體會天文學家的痛苦。暗物質從未被科學家直接觀測到，暗能量是種完全神秘的存在，但就連宇宙中有形的重子物質至今都有將近一半的量行蹤成謎，這真是一個令人尷尬的局面。根據ΛCDM 模型，由普朗克衛星探測的數據表明，整個宇宙的構成中，常規物質（即重子物質）佔4.9%，暗物質佔26.8%，另外68.3% 則充斥著暗能量（質能等價） 。其中，暗物質的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性（inconsistency），對宇宙結構的解謎佔有最關鍵地位。

不過，先別管暗物質了，最普通的失蹤重子到底躲在哪兒？來自英國愛丁堡大學和法國奧賽太空天文物理研究所（ Institute of Space Astrophysics，縮寫IAS）的團隊相繼宣布找到了失蹤重子躲藏地點的間接證據，它們就懸浮在稱為熱星際介質（warm-hot intergalactic matter ，縮寫WHIM）的超薄細絲結構里，像宇宙網路一樣連接著各星系團簇。

宇宙38 萬歲時形成了中立原子，數億年後，來自早期恆星的紫外線照射了這些星際原子，結果光子被吸收，並從原子中踢出電子而產生星際間等離子體，也就是熱星際介質。長期以來，熱星際介質由於太過微弱單薄，幾乎無法被發現（難以用地球上的X 射線望遠鏡進行檢測），但天文學家相信其中一定包含了40%~50% 的重子。

熱星際介質意象圖。（Source：By I am not sure [ CC BY-SA 4.0 ], via Wikimedia Commons）

為了解決這問題，兩組團隊都利用了稱為「蘇尼阿耶夫－澤爾多維奇效應」（Sunyaev-Zel'dovich effect，簡稱SZ 效應）的物理現象來觀察，當來自宇宙大爆炸後的宇宙背景輻射（CBR）光子通過熱等離子體時，後者會增加能量來捕獲前者，也就是說，平常難以被發現的熱星際介質此時可以顯出朦朧輪廓。

只有繪製了整個宇宙微波背景輻射地圖的歐洲太空總署（ESA）普朗克衛星，有機會發現這些朦朧的熱星際介質。但就算SZ 效應存在，它也微弱到無法讓熱星際介質在地圖上顯現出來，因此，兩個團隊將可能必須被熱星際介質連接的星系圖像合併堆疊，IAS 團隊堆了26 萬對星系，愛丁堡大學團隊則堆了超過100 萬對星系，好讓熱星際介質變得顯而易見。

兩個團隊的研究結果是相似的，宇宙網中有些物質密度比宇宙平均物質密度還要高出6 倍，足以形成熱星際介質，補足失蹤的重子物質。哈佛－史密松天體物理中心專家拉夫·卡夫（Ralph Kraft）說：「科學家都知道重子必須存在熱星際介質里，但這是第一次有人（且是兩個不同的研究團隊）提出證據確鑿的檢測。」

這些發現將能提高科學家對宇宙大爆炸後星系形成、宇宙的結構等認知，雖然我們只是發現宇宙中不到5% 的失蹤重子物質而已，90% 以上的暗物質與暗能量還完全未知。直到我們發現前，宇宙永遠不會被透明化。

Missing Matter Found, But Doesn't Dent Dark Matter

Scientists Just Found Half of the Missing Matter in Our Universe

The Mystery of the Universe's Missing 'Normal' Matter Has Begun to Unravel

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！