天文學家發現了宇宙中缺失的正常物質，但仍在尋找暗物質

【博科園-科學科普】幾十年來，科學家們所使用主要的宇宙模型都是基於這個理論，即除了暗能量。「正常」或「發光」物質，我們可以看到——宇宙也包含大量的隱形質量。「暗物質」占宇宙質量的大約26.8%，而正常物質只佔4.9%。

宇宙中最大的結構，圖片：NASA, ESA, and E. Hallman (University of Colorado, Boulder)

儘管對暗物質的研究正在進行中，而且還沒有找到直接證據，但科學家們也已經意識到，宇宙中大約90%的正常物質仍未被發現。根據最近發表的兩項新研究，這些正常物質——包括連接星系的熱的、瀰漫的氣體的細絲——可能最終被發現。

在皇家天文學會每月的報告中，第一個題為「尋找熱/熱氣體絲的SDSS發光的紅色星系」的研究。這項研究由英屬哥倫比亞大學的博士研究生Hideki Tanimura領導，包括加拿大高級研究所(CIFAR)、利物浦約翰摩爾大學(John Moores University)和誇祖魯-納塔爾大學(University of kwazulu - natal)的研究人員。

由ESA的普朗克任務獲得的全天空數據顯示了不同的波。圖片：ESA

第二項研究標題為「太陽耀光-澤爾多維奇效應揭示的宇宙網路中失蹤的重子」。這個團隊由愛丁堡大學的研究人員組成，是愛丁堡皇家天文台天文學研究所的本科生Anna de Graaff。這兩個團隊彼此獨立地工作，解決了宇宙中缺失的問題。

在宇宙學模擬的基礎上最主要的理論是宇宙中未被發現的正常物質包括由質子、中子和電子組成的，在星系之間漂浮的物質。這些地區被稱為「宇宙網」,低密度氣體存在於105 - 107 K的溫度(-168到-166°C;-270到266°F)。

為了研究，兩隊都諮詢了普朗克合作的數據，這是由歐洲航天局(European Space Agency)維護的，包括所有參與普朗克任務的人(ESA)。這是在2015年提出的，它被用來通過測量sunyaev - zeldovich(SZ)效應的影響來創建一個宇宙熱圖。

這種效應指的是在宇宙微波背景下的光譜失真，在那裡光子被電離的氣體散射在星系和更大的結構中。在研究宇宙的任務中，普朗克衛星測量了CMB光子的光譜失真，靈敏度很高，由此產生的熱圖已經被用來繪製宇宙的大規模結構。

整個星系的IR圖顯示了布滿星星和塵埃的星系的平面，圖片：SDSS

然而在當時星系之間的絲狀物似乎太微弱了，科學家無法進行檢驗。為了解決這一問題，兩組研究了來自北和南CMASS星系目錄的數據，這是由斯隆數字天空測量(SDSS)的第12個數據發布所產生的。從這個數據集中選擇了成對的星系並聚焦於它們之間的空間。

然後將普朗克獲得的熱數據疊加在彼此之上，以加強由星系間的SZ效應所引起的信號。SDSS星系的調查給出了宇宙大尺度結構的形狀。普朗克觀測提供了一幅全天空的氣體壓力圖，它的靈敏度更高。我們結合這些數據來探測宇宙網路中的低密度氣體。

雖然Tanimura和他的團隊從26萬對星系群中收集數據，但de Graaff和她的團隊將數據從100多萬組中收集了出來。最後兩隊提出了強有力的氣體纖維的證據，儘管他們的測量有所不同。而Tanimura的研究小組發現，這些細絲的密度大約是周圍空隙的三倍，de Graaf和她的團隊發現它們的密度是平均密度的六倍。

Hideki說我們通過疊加法探測宇宙網路中的低密度氣體，另一個團隊使用了幾乎相同的方法。結果非常相似，主要的區別在於正在探索一個附近的宇宙，另一方面，他們正在探索一個相對更遠的宇宙。

圖顯示了宇宙的演化，從左邊的大爆炸到現代的右邊，圖片：NASA

特別有趣的是它暗示隨著時間的推移，宇宙網路中的重子物質變得不那麼稠密了。在這兩種結果之間，研究佔了宇宙總重粒子含量的15 - 30%。儘管這意味著宇宙中大量的重粒子物質仍有待發現，但它仍然是一個令人印象深刻的發現。

研究結果不僅支持了當前宇宙的宇宙模型(Lambda CDM模型)，而且還有所超越了：我們宇宙中的細節仍然是個謎，結果揭示了宇宙的更精確的圖景。當人們出海開始製作一幅我們的地球地圖時，當時大多數人都沒有使用它，但我們現在使用世界地圖去國外旅行。以同樣的方式，整個宇宙的地圖可能沒有價值，因為我們沒有技術可以走到很遠的地方。然而500年後，這可能是有價值的，我們正處於繪製整個宇宙地圖的第一階段。

它也為未來的Comsic網路研究提供了機會，這無疑將會受益於諸如James Webb望遠鏡、Atacama宇宙學望遠鏡和Q / U成像實驗(QUIET)等下一代儀器的部署。幸運的是將能夠發現剩下的消失事件。那麼也許我們終於可以在所有看不見的物體上歸零了！

參考：MNRAS，arXiv，NASA，ESA等

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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