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標題: 天文學家找到宇宙另一半「消失的物質」了 [打印本頁]

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作者: byttseng    時間: 2020-6-4 09:41 PM     標題: 天文學家找到宇宙另一半「消失的物質」了



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根據現代天文學模型的解釋，宇宙是由重子物質（baryonic matter）、暗物質和暗能量所組成的。但科學家長期以來僅找到一半的重子物質，有另一半不知所蹤。

而就在去年，由珍·皮埃爾·麥誇特（Jean-Pierre Macquart）所帶領的一組國際研究團隊，成功地藉由快速電波爆發（fast burst radio）找到這另一半「消失的物質」了。其研究已發表於《自然》（Nature）上。

重子物質
重子物質即是我們熟知、會與電磁力產生交互作用，能夠以光譜儀偵測到的粒子。麥誇特解釋，這些重子物質就是構成你我、行星、恆星與整個星系肉眼所見的基礎。根據先前的研究推論，重子物質大約佔宇宙質量的 5 %上下。

但在近十年來，科學家利用天文望遠鏡觀測宇宙的各個角落，僅發現了約一半的重子物質。另外一半的物質彷彿消失在宇宙中一般。

快速電波爆發
天文學家試圖使用其他方法來觀測這些「消失的物質」，但各項技術都有其限制。如類星體光譜儀（quasar spectroscopy）只對於極少量處在原子態的氫，或是星系中物質密度較稠密區域的高度離子化氣體有效；Sunyaev–Zel’dovich 分析法則是用於觀測絲狀結構氣體雲內的物質。

而在此研究中，麥誇特的團隊選擇使用快速電波爆發來尋找這些物質。天文學界目前仍不清楚快速電波爆發的確切產生機制，其是來自深度太空的瞬態電波脈衝，通常僅維持數毫秒的時間。這些來自深度太空的電波訊號會與路徑上的自由電子產生交互作用，藉由研究被干擾後的電波訊號。因靈敏度較高，團隊能觀測到先前其他光譜儀無法找到的重子物質。

未來發展
研究團隊此次是利用澳大利亞千公尺陣列（Australian SKA Pathfinder Telescope，簡稱 ASKAP）來搜集快速電波爆發的訊號。此方法協助團隊發現了，過去研究中認為是「空白」的區域中其實充滿了自由電子。在使用此技術檢驗宇宙中五個區域後，其計算出的重子物質質量與模型預測的分佈相當接近。

其也正在持續使用 ASKAP 來偵測快速電波爆發，更進一步描繪出宇宙的質量分佈。團隊預估能在一年內收集約 100 筆快速電波爆發的訊號，藉此我們將會更進一步了解宇宙早期發展的情形。麥誇特表示：「我們甚至有機會能夠研究到宇宙大爆炸後的再電離（Reionization）時期，其是宇宙中中性物質開始離子化的一個階段」。雖然這些重子物質僅占據宇宙中 5 %的質量，但這無疑是驗證近代天文學模型的一大進展。

參考資料：

• “Half the Visible Universe Was Missing. Scientists Just Found It.” Futurism, The Byte, 28 May 2020. Futurism
• Ryan, Jackson. “The Universe Had a ‘Missing Matter’ Problem. Now It’s Been Solved.” CNET, CNET, 28 May 2020. CNET
• Macquart, J.-P., et al. “A Census of Baryons in the Universe from Localized Fast Radio Bursts.” Nature, vol. 581, no. 7809, 2020, pp. 391–395., doi:10.1038/s41586-020-2300-2.
  

原作者：Kyle
發表日期：2020 年 6 月 1 日

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