撰文| Leah Crane
翻译| 戴晨
审校| 吴非
宇宙由约70%的暗能量、23%的暗物质和4.6%的普通物质，或者说重子物质所构成。你可能听说过科学家们正在寻找暗物质，一种弥漫在整个宇宙中神秘物质。各国研究人员动用了各种大型探测设备，至今仍未找到它的踪影。但实际上，即使对于普通物质，我们也没有完全掌握其踪迹——根据我们的宇宙模型，宇宙中有近一半的普通物质还没有被探测到。
近日，两个独立的小组分别发现了这些失踪的重子。它们通过丝线状的，热的弥散气体将星系联系起来。这种物质被称为温热星系际物质（warm-hot intergalactic matter）。
“消失的重子的问题被解决了，”法国奥尔赛空间天体研究所（Institute of Space Astrophysics）的Hideki Tanimura说道。他领导了其中一个小组。另一个小组则由英国爱丁堡大学（University of Edinburgh）的Anna de Graaff领导。两个小组的研究结果均已发表在预印本网站arXiv上。
因为这种气体非常稀薄，且温度不足以被X射线望远镜探测到，因此在此之前没有人观测到这种气体。
“没有什么最佳观测点，我们已经发明的仪器中没有能直接观察到这种气体的，”伦敦大学学院（University College London）的Richard Ellis说，“迄今为止，这种气体的存在仍然是一种猜想。”
因此，这两个小组需要寻找另外方法来确定这些丝状的气体是否真实存在。
两个团队都利用了“苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应（Sunyaev-Zel’dovich effect，简称SZ效应）。这种效应在宇宙大爆炸留下的光（也就是宇宙微波背景辐射）通过热气体的时候发生。在宇宙膨胀的过程中，宇宙微波背景辐射中的光子波长变长，且冷却到接近绝对零度。当这种光子与电子发生碰撞，它们重新获得能量，波长会小幅地变短，这会在宇宙微波背景辐射上留下一个昏暗的斑点。
把他们堆起来
2015年，普朗克卫星绘制了一幅可观测宇宙内的宇宙微波背景辐射图。因为这些星系之间的卷须状气体是如此的分散，它们造成的昏暗的斑点很难直接从图像上看到。
Planck CMB
两个团队利用斯隆数字巡天（Sloan Digital SkySurvey）选择了超过100万对星系，这些星系被认为可能由重子连接，且星系间的距离基本相同。研究人员将星系对之间区域的普朗克信号堆叠起来，把微弱的信号变成了可以观察到的丝线。
Tanimura的团队将26万对星系的数据堆叠起来，de Graaff的小组则利用了超过100万对星系的数据。两个团队都找到了明确的证据来证明，星系之间的确有线状的气体。Tanimura的小组发现，这些物质比宇宙中普通物质的密度高三倍，de Graaf的小组则提出这些物质比普通物质的密度高六倍。这证明在这些区域内的物质的密度足以构成细线。
“两项研究得出的数据有所差异，这是在我们意料之中的，因为我们在研究不同间距的线”，Tanimura说，“如果将这个因素考虑在内，我们和另一个组的研究结果非常一致。”
最终，这些几十年来一直存在于模型中的重子终于被找到，我们对宇宙的一些假设也得到证实。
“所有人都在某种程度上相信那些消失的物质肯定存在，但这是第一次有人确切探测到它们。”来自美国马萨诸塞州哈佛-史密松森天体物理中心的Ralph Kraft说，“在证明星系以及星系间的结构如何形成的道路上，这是一个很大的进步。”
也有一些专家对研究结果持保留意见。“他们做出的一些假设令我困扰，”科罗拉多大学博尔德分校的天文学家J. Michael Shull说，“他们假设线状的气体恰好分布在两个星系之间的视线上，这可能并不正确”。他补充到，物质更可能以一种更复杂的3D结构分布于星系间。
发表于 2017-10-22 17:37
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