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宇宙遗失了1/3的物质,它们去哪了?快递盒大小的设备发现秘密

来源:生活 时间:10-26 10:26:36浏览0次

根据现在的宇宙模型,我们的宇宙有68.3%被暗能量占据,有26.8被暗物质所占据。而所有的恒星、黑洞、行星、星际物质所占据的,只不过是可怜的4.9%。


可是,即便是这4.9%,科学家还“搞丢”了1/3,或者说,直到今天,科学家也只发现了其中的2/3,其余的部分仍然是个谜。


大概在138.2亿年前,我们的宇宙从一个奇点中诞生,这就是著名的宇宙大爆炸。在宇宙大爆炸后,重子物质(baryonic matter)和暗物质(dark matter)出现,但是二者之间除了引力之外几乎没有任何相互作用。我们自己、以及能看见、探测到的一切天体都是由重子组成的,因此我们至今也不知道暗物质到底是什么。但是,即使是看得见的重子物质,也有些令科学家费解,因为他们只能找到宇宙中2/3的重子物质,另外1/3则“消失”了。


为了寻找这些“消失”了的重子物质,科学家们采用了多种手段,通过许多不同的方法进行研究。有些科学家就认为,这些重子物质可能就隐藏在星系之间的太空中。因此,爱荷华州物理和天文学系教授Philip Kaaret和他的团队就对银河系周围进行了观测,希望能够到一些蛛丝马迹。


最近,他们还真的有了一些新的发现。最有趣的是,提供这些发现的,竟然只是一个和快递盒子差不多大的观测设备——HaloSat


HaloSat是NASA的一个立方卫星任务,由爱荷华城的爱荷华大学领导,包括NASA戈达德太空飞行中心、约翰-霍普金斯大学、位于科罗拉多州博尔德市的Blue Canyon技术公司等等组织和部门共同参与,最终研发出了这颗令人叹为观止的人造卫星。


你可能以为天文探测设备都非常复杂而且巨大,这句话只对了一半,复杂则复杂矣,巨大却不一定。HaloSat就是一个很好的例子,它的尺寸只有大约10cm*20cm*30cm,跟一个小的快递盒子差不多一样大,重量也只有12公斤,从尺寸上来讲属于典型的立方卫星。


2018年5月份,HaloSat从国际空间站被发射出去,是NASA天体物理学部门资助的第一颗立方卫星。


正所谓麻雀虽小,却五脏俱全。HaloSat不仅仅是达到了普通太空探测器的标准,而且还有着自己独特的优势。从成本上讲,这种小型的探测器可以生产得更多一点,迄今为止已经有6个立方卫星入选到这个天体物理学部系列中。从功能上讲,这种低成本也没有拉低卫星的能力,它可以进行宇宙中X射线的探测,并且具备更加广阔的视野。


正因为有着这些优势,HaloSat才能够在研究银河系周围热气体光晕的工作中发挥出意想不到的作用。这些光晕,被称为环星系介质,Kaaret等人认为,它们或许是许多宇宙谜题的答案所在,所以借助了HaloSat的观测能力,对这些环星系介质进行了观测。


实际上,不只是我们银河系,每一个星系都有这样的环星系介质。它们的存在,对于一个星系的诞生和演化有着至关重要的作用。了解这些介质的性质,可以帮助我们探究宇宙是如何从只有氢和氦的混沌状态,最终结合成为恒星,进而形成了行星、星系、彗星等等各种天体的。与此同时,它也可能是寻找宇宙中那1/3消失的重子物质的钥匙。


Kaaret等人首先想要了解的,就是环星系介质的规模到底有多大。如果它们真的足够大,甚至比银河系还要巨大,那么仅仅通过这一点就足以解释困惑科学家多年的谜题。


最初的观测的确比较乐观,Kaaret等人确实在环星系介质中高密度的部分,他们认为这些介质呈现出了盘状的结构。Kaaret介绍说:“在银河系形成恒星更活跃的位置上方,X射线也更强,这说明环星系介质和恒星的形成相关。我们所看到的这些介质,很可能就是此前落入银河系并且形成恒星的那些气体,它们此刻正被收回到环星系介质中。”


但是,它在X射线波段过于明亮,因此很可能会遮挡住后面的空间。而他们的观测结果暗示,在高密度的环星系介质后面,很可能隐藏着延伸出去的更暗的光晕。这样的结果,还是很令他们惊讶的。


从理论上来说,黯淡的部分就不能够解释遗失的重子物质了,因为它们很可能指向了另一种可能,那就是这些环星系介质是由“回收材料”组成,这种情况的典型特征就是相对稀薄的气体光晕。“因此,事实告诉我们,仅仅靠HaloSat,我们的确无法表明银河系周围真的有这样延伸出去的光晕。”


那些密集的光晕,是恒星形成的场所,同时也是银河系和环星系介质发生物质交换的地方。Kaaret介绍说:“看起来,银河系和其他星系都不是完全封闭的系统,它们实际上也能相互作用,把物质抛射到环星系介质中,同时也会带回来一些物质。”


接下来,研究人员希望将HaloSat的数据与其他X射线天文台结合起来,以确认银河系周围到底有没有那个延伸出去的光晕。如果真的存在,他们将计算这些光晕的密度,或许宇宙中遗失的重子物质就可以通过这项研究找到,这是科学家在理解宇宙方面遇到的最大难题之一。


宇宙遗失的1/3重子物质,真的是在这里吗?或者还有哪些我们意想不到的地方,隐藏着这些物质呢?希望这些X射线天文台能够找到答案。


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