一博士生追踪到迄今未被探测到的冷气体团

科学家们已经发现,宇宙是由重子物质(baryonic matter)、暗物质(dark matter)及暗能量(dark energy)组成的。但几十年来,令科学家们感到困惑的是,他们始终不能像理论预测的那样找到宇宙中的所有物质。

虽然宇宙的大部分质量被认为是神秘的暗物质和暗能量,但依然有 5% 的物质是由你我、恒星、行星以及小行星组成的 “正常物质”,也被称为重子物质。然而,能够直接测量到的重子物质只占预期的一半左右,那么失踪的另一半重子物质藏到了哪里?

澳大利亚悉尼大学物理学院博士生王元明 (音译)找到了一种巧妙的方法,可以用来帮助追踪那些失踪的物质。她应用自己发明的技术,在距地球约 10 光年的银河系中精确定位了迄今未被探测到的一股冷气体团。该云团长约 1 万亿千米,宽约 100 亿千米,但质量仅与月球相当。

这项研究为科学家寻找银河系失踪物质提供了启发。王元明说:“我们怀疑,许多‘失踪’的重子物质要么在星系内,要么在星系间以冷气体云的形式存在。这种气体用传统方法无法被探测到,因为它本身并不发出可见光,而且温度太低,无法通过射电望远镜探测到。”

天文学家所做的就是在遥远的银河中寻找射电源,看看它们是如何 “闪烁”的。王元明说:“我们在天空中的一条巨线上发现了 5 个闪烁的射电源。分析表明,它们的光肯定穿过了同一团冷气体。”

正如可见光穿过我们的大气层时会使恒星闪烁一样,无线电波通过物质时也会影响它们的亮度。王元明等人发现的正是这种 “闪烁”。

《曼利天体物理学杂志》《Manly Astrophysics》合著者阿尔特姆 · 图茨索夫(Artem Tuntsov)说:“我们不太确定这个奇怪的云团是什么,但有一种可能是,它可能是个氢气‘雪云’,被附近的恒星打散,形成了一团又长又细的气体。”

氢气会在零下 260 度左右冻结,王元明等人猜测认为,宇宙中丢失的许多重子物质可能被困在这些氢气 “雪云”中,它们几乎不可能被直接探测到。王元明说:“然而,我们现在已经找到方法,可以利用背景星系作为参照物来识别这种‘看不见的’冷气团。”

王元明的导师塔拉 · 墨菲教授(Tara Murphy)说:“对于年轻的天文学家来说,这是个值得称赞的发现,我们希望王元明开创的方法能让我们探测到更多失踪的物质。”

寻找气云的数据是由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)位于澳大利亚西部的 ASKAP 射电望远镜获取的。CSIRO 首席研究工程师基思 · 班尼斯特(Keith Bannister)说:“正是 ASKAP 的广阔视野在一次观测中看到了数以万计的星系,这使我们能够测量气云的形状。”

墨菲教授说:“这是首次在同一个冷气云背后探测到多个‘闪烁体’。在接下来的几年里,我们应该能够用 ASKAP 利用类似的方法来探测银河系中大量存在的气体结构。”

王元明的发现为天文学家寻找宇宙中失踪的重子物质增添了新的工具。此前,澳大利亚科廷大学已故副教授让 - 皮埃尔 · 麦夸特 (Jean-Pierre Macquart)去年曾公布一种方法,他也使用 CSIRO 的 ASKAP 望远镜,利用快速射电暴作为 “宇宙称重站”,来估计星际介质中的一部分物质重量。

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