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神秘的快速电波脉冲现象,能帮助解开宇宙遗失物质之谜

2024-11-28 219


根据大爆炸理论,科学家能推断出宇宙存在多少重子物质,然而当科学家实际观察时,却发现有一半以上的重子物质都找不到去踪,要不就是重子物质擅长隐藏,要不就是当前宇宙理论有误。而最近一篇新研究指出,或许快速电波爆发高能现象可解决这项困扰已久的谜团。

ΛCDM 模型尝试解释我们宇宙的大尺度结构,过去天文学家在分析宇宙微波背景(CMB)辐射量后估计,构成整个宇宙的常规物质(重子物质,比如恒星、行星、我们)应占 4.85%,暗物质占 26.8%,另外 68.3% 则充斥暗能量,然而当天文学家实际观察银河系及周围其他星系时,却发现物质数量远远不到预期数量的一半。

这点实在有点尴尬,科学家不知道是我们对早期宇宙的理解有缺陷、重子物质消失了、又或者它们只是分布密度极低。过去 20 年来,天文学家花了大量时间精力搜寻失踪的重子物质,后来事实证明,重子物质在整个宇宙中的分布可能极为稀疏,以至于它们不发光,不吸收也不反射、几乎找不到,相当于在一间普通办公室内搜寻一颗原子。

为了寻找重子物质去向,一篇新研究转向了另一个宇宙之谜:快速电波爆发(First Radio Burst,FRB)。

快速电波爆发是一种宇宙高能物理现象,短短数毫秒内释放的能量相当于太阳 80 年内释放的总能量,而对研究团队来说,在锁定快速电波爆发宿主星系的同时,可以帮助他们确认电磁波在来的路上路过多少物质──就像阳光在棱镜中分开一样,电磁波中不同波长的波也会出现差异。

当电磁波在真空中传播时,各波长电磁波的传播速度都相同,然而当电磁波在路上穿过“失踪的”重子物质时,不同波长的电磁波传播速度就会出现差异,透过计算各波长讯号之间的延迟,科学家就能算出快速电波爆发穿过多少重子物质以及物质的分布密度。

但说起来容易、做起来难,因为多数快速电波爆发只发生过一次,有些讯号虽然重复出现,但目前能追踪到源头的仅 2 个,想确认快速电波爆发经过的地方有多少重子物质,科学家需辨识出大量快速电波爆发的宿主星系,然后将望远镜指向该方向加以调查。

研究共同作者、斯威本理工大学天文学家 Ryan Shannon 表示,其中一个关键仪器在于 ASKAP(Australian Square Kilometre Array Pathfinder)阵列,它由 36 个碟型天线组成,观测视野极广(约满月的 60 倍),并可拍摄高分辨率照片,或能帮天文学加相对轻松地捕捉快速电波爆发、然后精确定位出宿主星系。

新论文发表在《自然》(Nature)期刊。

  • Cosmic bursts unveil universe’s missing matter
  • Mysterious fast radio bursts helped detect missing matter in the universe, study says
  • Half the universe’s ordinary matter was missing — and may have been found
  • One mystery solves another: Fast radio bursts detect missing matter
  • Mysterious radio bursts reveal missing matter in cosmos

(首图来源:ICRAR)

延伸阅读:

  • 宇宙高能现象“快速电波爆发”,可能首度在银河系内部探测到
  • 天文界传来振奋消息,找到缺失在宇宙一角的重子物质
2020-05-29 13:09:00

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