利用無線電爆發找到隱藏的重子


我們日常生活周遭所見的物質,由質子與中子這類重子(baryon,由三個夸克組成的複合粒子)主宰,但在全宇宙的能量占比中不超過5%,超過95%的質能分布由我們還很陌生的暗物質及暗能量組成。不過僅僅是這5%的重子物質,科學家也還沒全部找到。

宇宙中的重子會以恆星、塵埃或氣體等方式呈現,但科學家放眼望去,只找到了這5%的一半。我們對宇宙的了解已經夠少了,少了這一半我們就只能掌握宇宙僅2.5%的總質能。消失的2.5%也許是不發光的黑洞,或者是過於低溫、低密度的星際物質,或者是受到我們還不清楚的機制影響。

現在有研究團隊提出了全新的想法來找尋這些隱藏的重子。利用遙遠的高能脈衝,在通過密度極低的宇宙空間後,其路徑上的重子物質相當於電磁波的介質,會使脈衝頻譜拉寬,產生色散的現象。原理如同陽光通過三稜鏡後分散成七個顏色,根據色散程度可以回推介質的性質。

該團隊為中子星的脈衝及成因還不清楚的快速電波爆發(fast radio burst)」建立測試模型,它們短暫且高能的特性使得色散的效應有可能被測量。特別是快速電波爆發的觀測,科學家近年正快速累積快速電波爆發的觀測樣本,未來或許可以利用這個方法了解隱藏的重子。

【圖:歐洲太空總署;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年6月4日出版的《天體物理學報快報》

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