宇宙大爆炸後三分之一可見物質失蹤了，科學家苦尋數十年發現真相

當科學家們計算宇宙中應該存在多少物質時，理論估算總是遠遠超出他們實際觀測計算出的物質數量。大部分科學家的共識是，宇宙中理應存在的佔比大約三分之一的「正常」物質失蹤了。那麼這些宇宙中構成恆星、行星和生命的大量物質究竟藏在哪裡？這個謎題困擾了科學家幾十年，以至於他們一直在苦苦搜尋。

科學家能夠計算出宇宙大爆炸後存在的「正常」物質的質量，包括氧，氦以及其它元素。在之後的漫長歲月里，雖然大部分物質發生了轉化，但是人類的望遠鏡可以觀測到它們。問題是當天文學家把當今宇宙中所有正常物質的質量加起來時，卻發現少了大約三分之一的物質，可是他們卻無法解釋大爆炸後最初十億年內所產生的正常物質都去哪裡了。

為了避免產生誤解，這裡需要澄清的是該研究與暗物質無關，暗物質是一種不可見的物質，約佔宇宙物質的85%。而本文討論的是可見物質，如果我們能找到宇宙中三分之一丟失的質量，就能解開天體物理學中最大的難題之一。

現在多虧了一項掃描宇宙的新技術，來自哈佛大學和匈牙利羅蘭大學的天文學家，藉助美國宇航局的錢德拉X射線天文台終於有了新發現。他們認為他們可能最終發現了所有丟失的發光恆星物質，這些物質構成了宇宙中所有的恆星、行星和其他天體。

根據最新公布的研究成果，科學家們利用NASA的軌道錢德拉X射線天文台, 對一個遙遠黑洞周圍的空間氣體雲進行了掃描。在這些雲層中，他們發現了之前從未被計算過的大量氧氣的存在。

科學家們指出，丟失的物質可能隱藏在星系間空間中由溫暖氣體以及熾熱氣體(溫度低於10萬開爾文以及溫度高於10萬K的氣體)組成的巨大的鏈或絲中。這些長絲被天文學家稱為「溫熱星際介質」。光學望遠鏡無法觀測到它們，但在紫外光下可以檢測到長絲中存在的溫熱氣體。上面圖表的主要部分來自超級計算機器的「千年模擬」，主要了描述宇宙的關鍵組成部分，是如何隨著宇宙時間的推移而演變的。

如果存在這些長絲，它們可以吸收某些類型的光，例如穿過它們的X射線。研究人員想到了一個變通辦法，他們利用錢德拉對從一個遙遠的、快速增長的超大質量黑洞類星體進行觀測。這種類星體會產生強烈的x射線信號，他們認為，如果所有這些消失的物質真的隱藏在星系間的長絲中，它就會導致類星體的信號發生扭曲。然後他們可以逆向工作，將他們的預期與他們所看到的進行比較。

他們還調整了他們的搜索方向，瞄準特定波長的x射線，他們確定，在對特定類星體進行觀察的情況下，這種波長的x射線最能顯示出長絲的效果。這意味著他們實際上可以利用類星體的x射線作為一種工具，而不僅僅是被其極其明亮的輻射所吸引。錢德拉收集到了類星體H1821 643的一些X射線數據。上圖是它的光譜，該類星體距離地球約34億光年，X射線顯示出不同波長範圍內存。

最新的結果使用了一種新技術，這種技術既能仔細地搜索WHIM奇想，又能通過組合光譜的不同部分增強相對較弱的吸收特徵，從而來尋找有效信號。

通過這項技術，研究人員確定了17種可能存在於類星體和地球之間的長絲，並計算出了它們之間的距離。對每一根長絲來說，光譜在波長上移動以消除宇宙膨脹的影響，然後把所有長絲的光譜加在一起，這樣產生的光譜就比單個光譜中的吸收信號強得多。事實上研究小組並沒有發現單個光譜的吸收，但通過把它們加在一起，他們可以把5.5天的觀察結果變成了幾乎相當於100天(約800萬秒)的數據。研究表明在溫度約為100萬開爾文的氣體中存在預期中的氧的吸收線的。

研究人員報告說，通過對這些氧的觀測可以推斷出全部的元素，從所觀察的區域可以推斷出局部宇宙，他們可以解釋缺失物質的全部數量。根據宇宙中類似氣體團存在的數量進行計算，天文學家認為這個發現可以解釋理論計算和觀測宇宙之間存在的全部差異。

來自哈佛和史密森天體物理中心的天文學家蘭德爾·史密斯表示，接下來可以將同樣的方法應用到其他類星體的數據統計上，以便最終確認這個長期存在的謎團被破解了。文發表在2019年2月13日的《天體物理學雜誌》上。

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