宇宙失踪“正常”物质的奥秘已经开始解开

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以前未被发现的物质以星系之间的气丝的形式被发现,这是解释宇宙结构的一个重要步骤。

宇宙失踪“正常”物质的奥秘已经开始解开

天文学家和宇宙学家有一个库存问题:他们没有能够占据构成我们宇宙的相当数量的东西。

指出黑暗能量和暗物质是长期存在的挑战,两个不可见的成分共同构成了超过95%的宇宙。但是还有一个鲜为人知的重子丢失问题。

重子是亚原子粒子,包括形成原子核的质子和中子。重子物质 - 我们认为是宇宙中的"正常物质"的一部分 - 构成了我们所熟悉的一切:星星,行星,你正在坐的椅子,你用来读这个的装置,还有你。

因此,本周有两个独立的研究小组可能已经找到这个"缺失"的重子问题,这是可以理解的兴奋。

当天文学家观察宇宙时,他们发现正常的重子物质只有10%是星云和星云中容易观察到的物质,还有40%在星系内的弥漫云中发现。

据推测,剩下的有规律的物质必须作为星系之间的弥散气体存在。而现在这两篇新的研究论文指出,重子物质的确存在于星系之间的气体细丝中,弥补了这个缺失的百分比。

Hideki Tanimura来自法国奥赛空间天体物理研究所,领导其中一个团队。

"一半的重子(缺失的重子)被认为是存在于暗物质晕圈之间的细丝结构中,作为弥散的气体,WHIM(温热的星系间介质),"他在一封电子邮件中告诉Seeker。"我们表明,我们大多数的检测是由于暗物质晕之间的细丝中没有结合的漫射气体,而不是暗物质晕中的气体。

宇宙失踪“正常”物质的奥秘已经开始解开

这个动画展示了Sunyaev-Zel'dovich效应(SZE)如何在电磁波谱中起作用。左图展示了在通过各种频率通道观察到的,在仔细去除由于宇宙微波背景(CMB)所产生的主导信号以及辐射之后,沿着星系团的视线出现的同一片天空从我们的银河。右面板显示一个图表,显示沿电磁频谱的相应频率信道。|ESA / Planck协作

Tanimura的团队 苏格兰爱丁堡大学的Anna de Graaff领导的另一个团队,从普朗克卫星的数据中看到一个叫做Sunyaev-Zel'dovich效应的热信号。这个效应允许探测非常微弱的物体,并且在宇宙微波背景中穿过热气时寻找光子。

只有普朗克卫星迄今为止所能探测到的相互作用,使得天文学家能够发现物质的存在,即使它在高红移时非常微弱。

2015年,普朗克的数据被用来在整个可观测的宇宙中创建一个这种效应的地图。但是由于星系之间的气体细丝是如此的漫射,所以直接在普朗克的地图上检测它们是非常困难的,而没有使用参考点。

两个研究小组都使用斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey)的数据来观察被预测会被微弱气体的细丝连接起来的星系。他们将普朗克的数据叠加在星系之间的区域。

谷村的小组将26万对星系的数据叠加在一起,de Graaff的小组使用了超过一百万对。两队都发现了星系之间的重子气丝的确凿证据。

谷村表示,两组之间的结果在利润率内是一致的。

"最大的惊喜是,我们发现的天然气非常低密度,低于预期,"谷村说。"这是非常令人惊讶和非常重要的,因为我们证明我们现在可以检测到它!这意味着我们现在可以开始制作整个宇宙地图,包括细丝以及星系。"

谷村说,重子的总量已经通过其他观测,如CMB观测和莱曼阿尔法观测来测量,其结果在宇宙学模拟的边界内是一致的。

他说:"已经有一个共识,我们证明这是事实。"但我们知道的不仅仅是这些。我们估计(失踪)重子的分布和物理状态。通过比较(不知道的)结果和宇宙学模拟等当前的模型,我们可以更精确地描绘当前的宇宙,并限制宇宙的演化。

谷村说,这个发现类似于世界上的第一张地图。

他说:"当人们走出海洋,开始制作我们的世界地图时,大多数人并没有使用它,但我们现在使用世界地图出国旅行。"同样的道理,整个宇宙的地图现在可能并不是有价值的,因为我们没有技术可以走出太空。但是,500年后可能有价值。"

他补充说:"我们正处于制作整个宇宙地图的第一阶段。"

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