博科園：本文為天體物理學類
天文學家花了幾十年時間尋找一種聽起來很難忽略的東西：宇宙中大約三分之一的“普通”物質。NASA錢德拉x射線天文臺的新發現可能幫助天文學家找到了這片難以捉摸的大量失蹤物質。通過獨立可靠的觀測，科學家們自信地計算出了大爆炸之後普通物質（也就是氫、氦和其他元素）存在的數量。在最初的幾分鐘到大約十億年的時間裡，大部分普通物質變成了宇宙塵埃、氣體和恆星、行星等天體，望遠鏡可以在當今的宇宙中看到它們。問題是，當天文學家把當今宇宙中所有普通物質的質量加起來時，大約有三分之一的物質無法被發現（這種缺失的物質不同於仍然神祕的暗物質）。
博科園-科學科普：一種觀點認為，在星系間空間中，丟失的物質聚集成巨大由溫暖(溫度低於10萬開爾文)和熾熱(溫度高於10萬開爾文)氣體組成的“鏈”或“絲”。這些細絲被天文學家稱為“溫熱星際介質”。光學光學望遠鏡無法觀測到它們，但在紫外光下已經探測到絲中的一些熱氣體。利用一項新技術，研究人員基於錢德拉和其他望遠鏡的數據，發現了關於溫熱星際介質熱成分新的有力證據。馬薩諸塞州劍橋市|哈佛史密森中心(CfA)的奧爾索亞·科瓦奇(Orsolya Kovacs)說：如果我們找到了這些失蹤的物質，就能解決天體物理學中最大的難題之一，宇宙把這麼多組成恆星、行星和我們的物質藏在哪裡？
圖片：錢德拉X射線中心
天文學家利用錢德拉來尋找和研究沿著類星體路徑上的熱氣體細絲。類星體是一種明亮的x射線源，由快速增長的超大質量黑洞提供能量。這個類星體距離地球約35億光年。如果溫熱星際介質的熱氣體成分與這些細絲有關，類星體的一些x射線就會被這些熱氣體吸收。因此，在錢德拉探測到的類星體x射線中尋找熱氣體印記的特徵。這種方法的一個挑戰是溫熱星際介質吸收的信號與類星體發出x射線總量相比是微弱的。當搜索不同波長x射線的整個光譜時，很難將這種微弱的吸收特徵（溫熱星際介質的實際信號）與隨機波動區分開來。科瓦奇和團隊克服了這個問題，他們將搜索重點集中在x射線光譜的某些部分，減少了誤報的可能性。
- 光路，圖片：NASA/CXC/K. Williamson, Springel et al
首先識別類星體視線附近的星系，這些星系距離地球的距離與紫外線數據探測到的暖氣體區域距離相同。通過這項技術，確定了類星體和我們之間的17種可能細絲，並獲得了它們之間的距離。由於宇宙的膨脹，光在傳播的過程中會被拉長，這些長絲中物質對x射線的任何吸收都會被轉移到更紅的波長。這種位移的大小取決於到燈絲的已知距離，因此研究小組知道在光譜中從哪裡尋找突發溫熱星際介質的吸收。同樣來自CfA的合著者阿科斯·博格丹(Akos Bogdan)說：理論上，我們的技術類似於如何在非洲廣袤的平原上進行有效的動物搜索，我們知道動物需要喝水，所以先在水坑裡找找看是有道理的。
在縮小搜索範圍的同時，研究人員還必須克服x射線吸收微弱的問題。因此，他們通過將17個細絲的光譜加在一起來增強信號，將一個5.5天的觀測結果轉化為幾乎相當於100天的數據。通過這項技術，探測到氧的特徵，表明它存在於溫度約為100萬開爾文的氣體中。研究人員表示，通過從這些氧的觀測中推斷出全部元素，從觀察到的區域推斷出局部宇宙，可以解釋缺失物質的全部數量。至少在這個特例中，失蹤的物質畢竟是一時興起而隱藏起來的。同樣來自CfA的合著者蘭德爾·史密斯說：我們很高興能夠找到一些丟失的物質。未來，我們可以將同樣的方法應用到其他類星體數據上，以證實這個長期存在的謎團終於被破解了。
博科園-科學科普｜研究/來自: 錢德拉X射線中心
參考期刊文獻:《天體物理學》,《arXiv》
Cite: arXiv:1812.04625
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