宇宙中未能找到的質量究竟隱藏在那裏

天文學家幾十年來一直在尋找一些聽起來很難錯過的東西：宇宙中大約三分之一的正常物質。 美國太空總署錢德拉（Chandra）X射線天文台的新成果可能幫助他們找到了難以捉摸的遺留物。

科學家從獨立，完善的觀察結果中自信地計算了大爆炸之後存在多少正常物質（即是 氫、氦和其他元素）。在最初的幾分鐘到第一個十億年左右的時間裡，大部分正常物質進入了宇宙塵埃，氣體以及我們當今可以用望遠鏡在宇宙中看到的恆星和行星等物體。

問題在於，當天文學家將當前宇宙中所有正常物質的質量加起來時，其中仍然有大約三分之一是無法找到。 （這個缺失的物質與仍然神秘的暗物質截然不同）

一種想法是，在星系際空間中，缺失的質量聚集成巨大的溫帶（溫度小於十萬開爾文 Kelvin - 溫度單位）和熱（溫度大於十萬開爾文）氣體。這些細絲被天文學家稱為「溫熱的星系間介質」warm-hot intergalactic medium，簡稱 WHIM。它們對於光學望遠鏡是不可見的，但是在紫外線中已經檢測到一些細絲中的溫暖氣體。

研究人員利用一種新技術，根據錢德拉X射線天文台和其它望遠鏡的數據，發現「溫熱的星系間介質」熱點成分的有力新證據。

美國哈佛大學和史密森天體物理中心（Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics）柯瑞亞·科瓦奇（Orsolya Kovacs）說：「如果我們發現這個缺失的質量，我們可以解決天體物理學中最大的難題之一，就是宇宙在那裏收裡藏構成恆星、行星和我們這樣的物質？」

天文學家利用錢德拉尋找和研究沿著通向類星體的溫暖氣體的細絲，類星體是由快速生長的超大質量黑洞驅動的明亮X射線源。 這個類星體距地球約35億光年。 如果「溫熱的星系間介質」的熱氣體成分與這些細絲相關聯，則來自類星體的一些X射線將會被該熱氣體吸收。 因此，他們在錢德拉X射線天文台檢測到的類星體的X射線光中尋找有熱氣的特徵的印記。

這個方法的挑戰之一是「溫熱的星系間介質」的吸收訊號與來自類星體的X射線的總量相比較弱。 當搜索不同波長的X射線的整個光譜時，很難區分這種弱吸收特徵最「溫熱的星系間介質」的實際訊號，還是一些隨機的波動。因此科瓦奇和她的團隊通過將她們的搜索集中在X射線光譜的某些部分來克服這個問題，減少了誤報的可能性。 她們首先通過識別距離地球相同距離的類星體的視線附近的星系，以及從紫外線數據中檢測到的溫暖氣體區域。 通過這種技術，她們在類星體和我們之間確定了17條可能的細絲，並獲得了它們的距離。

由於宇宙的膨脹，當它行進時伸展出光線，這些細絲中物質對X射線的任何吸收都會轉移到更紅的波長。 移位量取決於已知的燈絲距離，因此團隊可以在光譜中搜索從「溫熱的星系間介質」吸收的位置。

【圖、文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在已經出版的《天體物理學報》