天文學家開始繪製支撐宇宙的隱藏網絡細絲結構


天文學家在計算宇宙中明顯的星系、星系團和星際間介質中所有正常的發光物質後,發現仍然缺少大約一半。 因此,不僅宇宙中八成半的物質是由未知,由一些稱為暗物質的不可見物質組成,我們甚至找不到所有應該存在的少量正常物質。這稱為缺少重子問題(missing baryon problem)。 重子是發射或吸收光的粒子,例如質子,中子或電子,它們構成了我們在周圍看到的物質。天文學家認為,無法解釋的重子隱藏在遍布整個宇宙的絲狀結構中,稱為宇宙網(cosmic web)。但是宇宙網結構是難以捉摸,一項新的研究提供了更好的視圖,使我們能夠幫助繪製它的外貌。

宇宙網提供了由標準宇宙學模型預測的宇宙中大型結構的支架。 天文學家認為,存在一個由暗物質構成的深色宇宙網,以及一個主要由氫氣構成的發光宇宙網。 天文學家相信,在大爆炸期間產生的六成氫氣都存在於這些細絲之中。

氣體長絲網也稱為熱星際介質(warm-hot intergalactic medium),因為它的溫度與太陽內部的溫度大致相同。星系很可能在物質最稠密的兩條或更多根這樣的細絲的相交處形成,這些細絲連接宇宙中的所有星系團。

自從最初預測有宇宙網以來,天文學家就已經使用各種不同的方法對宇宙網進行密集的搜索。到目前為止,我們還無法檢測到暗物質,因為它不會發射或吸收可見的光線,因此無法用普通望遠鏡觀測得到。宇宙網的細絲也不易發現,因為它們的擴散性很強,並且不會發出足夠檢測到的光線。其中一個方法是依賴明亮的天體,該天體恰好位於與宇宙網細絲相同視線的背景中。細絲中的氫原子可以吸收紫外線中特定波長的光,當光波分解為光譜時,可以檢測來自背景物體光譜中的吸收線。

此外一項新的研究,天文學家設法以一種全新的方式檢測了氣體,該方法可以繪製宇宙網圖像,而不是依靠吸收光譜,去研究所使用的氣體雲後面的亮源的隨機位置。未來的研究有助於進一步繪製隱藏的宇宙網,除了查看充滿明亮天體的星系團之外,我們還可以跟蹤發射無線電或X射線波長的宇宙網。但是X射線比熱星際介質所跟蹤的氣體要熱得多。歐洲太空總署計劃建造的高能天體物理高級太空望遠鏡(Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics,簡稱 ATHENA,暱稱:雅典娜X射線天文台)將提供附近宇宙中星系團周圍熱絲(hot filament)的結構全貌。

【圖、文:節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在已經出版的《科學》期刊

「重子」是一個現代粒子物理學名詞,在標準模型理論中,重子這一名詞是指由三個夸克(quark)組成的複合粒子。
「夸克」是一種基本粒子,也是構成物質的基本單元。

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