几十年来,天文学家一直被一个问题困扰:
宇宙中的那些“普通物质”,到底去哪了?
这里的普通物质,并不是神秘的暗物质。
暗物质虽然占据宇宙绝大多数质量,但它不发光,也几乎不与光发生作用,科学家只能通过它产生的引力影响推测它的存在。
而普通物质,就是我们熟悉的一切。
恒星、行星、星系、气体、尘埃,甚至组成我们身体的每一个原子,都属于普通物质。
按照宇宙学模型推算,宇宙诞生之后,普通物质大约占整个宇宙物质总量的17%,其余约83%则属于暗物质。
理论上,这个比例经过138亿年的宇宙演化后,应该依然能够在今天的宇宙中找到对应数量。
但现实却出现了一个巨大漏洞。
星系内部的普通物质数量,只有理论预测值的大约十分之一。
剩下的那些物质去哪了?
它们是否隐藏在宇宙某个无法观测的角落?
这个问题困扰了科学界几十年。
如今,一个来自CHIME/FRB国际合作团队的新研究给出了答案。
科学家发现,那些曾经“消失”的普通物质,并没有离开宇宙。
它们被星系内部极端剧烈的宇宙事件抛了出去,漂浮在星系之间广袤的空间中。
更令人惊讶的是:
推动这些物质离开星系的力量,比过去科学家认为的强大得多。
这意味着,黑洞喷流和恒星爆炸等宇宙事件,可能比我们想象中更加暴烈。
要理解这个发现,首先需要知道宇宙早期发生了什么。
138亿年前,宇宙从一个极端高温、高密度状态开始膨胀。
在最初阶段,物质并不是均匀分布的。
暗物质凭借强大的引力,逐渐形成宇宙结构的骨架。
普通物质随后被吸引过去,形成最早的气体云。
随着时间推移,这些气体云不断坍缩,点燃恒星,最终形成今天看到的星系。
按照传统理解,星系应该像巨大的“仓库”。
它们聚集物质,并利用这些物质形成恒星。
但观测结果告诉科学家:
仓库里的货物少了一大半。
而且这些物质并不是宇宙诞生时就不存在。
因为根据宇宙微波背景辐射、早期元素形成等观测结果,科学家已经确认,宇宙早期确实存在足够数量的普通物质。
因此,一个合理猜测是:
这些物质后来被从星系内部“赶”了出去。
问题在于,宇宙空间太巨大了。
星系之间的距离通常达到数百万光年。
如果这些气体真的存在于星系之外,它们会变得极其稀薄。
稀薄到即使数量巨大,也很难直接看到。
这就像把一滴墨水倒入整个太平洋。
墨水并没有消失,只是浓度低到无法直接发现。
于是科学家寻找了一种新的方法。
他们没有直接寻找这些气体,而是寻找它们留下的痕迹。
这个工具,就是快速射电暴。
快速射电暴,也就是FRB,是宇宙中极其短暂但能量巨大的无线电爆发。
它们持续时间通常只有几毫秒,却可以从数十亿光年之外抵达地球。
过去,科学家一直不确定它们到底来自什么。
有人认为可能来自高度磁化的中子星,也有人认为来自某些极端宇宙环境。
但FRB还有一个特殊能力。
它们穿越宇宙时,会受到沿途物质影响。
当无线电信号经过气体时,不同频率的信号传播速度会略有不同。
最终,一个原本极短的脉冲,会被拉长。
科学家称这种现象为“色散”。
而拉长程度,恰好与信号经过多少物质有关。
简单来说,FRB就像一束穿越宇宙的激光扫描。
虽然我们看不到隐藏的气体,但可以通过它留下的痕迹判断那里是否存在物质。
研究团队利用加拿大氢强度测绘实验(CHIME)探测到的大量FRB数据,同时结合暗能量光谱仪(DESI)绘制出的数百万个星系位置。
他们将两组数据进行比对。
他们想知道:
FRB信号被拉长,是因为经过星系内部的物质,还是因为穿过了星系之间隐藏的气体?
结果显示:
答案是后者。
大量失踪的普通物质,确实存在于星系之外。
而且它们形成了比过去预测更加庞大的气体云。
研究人员发现,这些物质甚至延伸到了距离星系约400万光年的区域。
这个距离远远超过此前宇宙模拟的预测。
一个普通星系的直径可能只有几十万光年。
但它影响周围空间的范围,却可能达到数百万光年。
这说明,星系并不是孤立存在的岛屿。
它们会不断向周围宇宙释放物质,改变整个宇宙环境。
那么,到底是什么力量把这些气体推到了如此遥远的位置?
科学家认为,答案来自宇宙中最猛烈的事件。
其中一个重要角色,就是黑洞。
几乎每个大型星系中心,都存在一个超大质量黑洞。
黑洞本身无法主动喷射物质,但当大量气体被吸入黑洞周围时,会形成高速旋转的吸积盘。
其中一部分物质会沿磁场方向被加速,形成巨大的黑洞喷流。
这些喷流速度接近光速,可以穿越数百万光年的距离。
它们释放出的能量足以影响整个星系甚至更大的宇宙区域。
另一个重要来源,则是恒星爆炸。
大质量恒星死亡时,会发生超新星爆炸。
一次爆炸释放的能量,相当于数十亿颗太阳同时释放能量。
大量气体会被猛烈吹向星际空间。
无数颗恒星经历这样的死亡过程后,整个星系就像一个不断喷射物质的宇宙发动机。
过去,科学家认为这些过程虽然强大,但影响范围有限。
然而新的研究表明:
它们产生的能量可能远超过去估计。
换句话说,我们低估了黑洞和恒星死亡对宇宙环境的影响。
这项研究的重要意义,不只是找到了失踪物质。
更重要的是,它证明了一种新的宇宙观测方式。
过去,人类主要依靠望远镜观察宇宙中的发光天体。
恒星在哪里,星系在哪里,我们都可以看到。
但宇宙中大量物质并不会发光。
它们隐藏在黑暗之中。
FRB提供了一种全新的思路:
不需要看到物质本身,只需要观察它如何改变穿越其中的信息。
未来,随着更多快速射电暴被发现,科学家可能绘制出更加完整的宇宙物质地图。
我们将进一步了解:
星系如何诞生?
黑洞如何影响宇宙?
普通物质如何在宇宙空间中流动?
曾经,人类以为星系之外是一片空无。
但现在我们发现:
那里并不空。
那些曾经消失的原子,只是离开了自己的星系,漂浮在更加广阔的宇宙中。
它们没有消失。
它们只是等待一种新的方式,被人类重新发现。
(参考:“Wang, H., Masui, K., Andrew, S., Bhardwaj, M., Fonseca, E., Gaensler, B. M., Joseph, R. C., Kaspi, V. M., Kharel, B., Lanman, A. E., Leung, C., Mas-Ribas, L., Mena-Parra, J., Nimmo, K., Pearlman, A. B., Pen, U., Prochaska, J. X., Raikman, R., Shin, K., . . . Stairs, I. H. (2026). Measurement of the Dispersion-Galaxy Cross-Power Spectrum with the Second CHIME/FRB Catalog. Physical Review Letters, 137(4). https://doi.org/10.1103/9th9-qc51)
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