消失的物质去了哪儿?
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编译:艾宇熙
校译:徐鹏晖
编排:葛明红
原文链接:
http://chandra.harvard.edu/photo/2019/whim/
长期以来,天文学家们所观测到的宇宙中重子物质的含量与理论计算值不符,这被称为"重子缺失问题"(译者注:注意不是暗物质问题)。宇宙大爆炸后的几十亿年里,形成了氢、氦和其他元素,天文学家们发现,实际观测到的这类物质质量小于理论预测中应有的质量。近期,NASA钱德拉X射线天文台获得的数据为解决这一问题提供了一些线索。
科学家们曾提出假设说,这些消失的物质隐藏在由星系际空间中温暖气体(温度低于100000开尔文)和高温气体(温度高于100000开尔文)构成的巨大纤维状结构里。这些纤维状结构被称为"星系际温热介质",英文缩写为WHIM。可见光波段的望远镜无法观测到WHIM,但一些WHIM可以被紫外波段探测到。人们从"千禧模拟"项目中——一个用超级计算机进行宇宙演化模拟的项目——获知了WHIM可能的存在图景。
如果这些星系际纤维存在,它们就可以吸收一部分通过它们的X射线。下图显示了钱德拉X射线天文台从类星体(遥远的、快速增长的超大质量黑洞)获得X射线波段数据的途径。最终,人们获得了通过一定波段内观测类星体H1821+643接收到的X射线频谱。这个类星体距地球约34亿光年。
图注:钱德拉X射线天文台观测光路图
图源:NASA/CXC/K. Williamson, Springel 等
研究团队使用了新的技术来整合光谱中的各个部分,寻找WHIM存在的迹象。最终,研究者们在这个类星体和地球之间发现了17个可能的星系际纤维结构。
对于每个可能的星系际纤维结构,研究人员都对光谱进行了波长调整,来消除宇宙膨胀的效应。最终,当他们把所有单一纤维结构光谱叠加在一起的时候,发现全部WHIM对X射线的吸收值远大于每一个单一光谱。
团队并没有在单一光谱中观测到X射线的吸收。通过光谱叠加,他们用五天半的实际观测数据整合出了相当于100天的等效观测数据。数据显示,氧的吸收线是由于温度高于一百万开尔文的气体造成的。通过氧的数据,研究者们可以推算出其他元素的相应数据;以观测的局部宇宙为样本,研究者们也计算了整个宇宙中"消失"的物质量。
这一研究于2019年2月13日发表在《天体物理学杂志》上。
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责任编辑:艾宇熙
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位于毅力谷的机遇号
图源: NASA, JPL-Caltech, Kenneth Kremer, Marco Di Lorenzo
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