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横跨数百万光年,星系间的介质中,不仅存在气体,而且如此致密!

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发表于 2020-7-8 21:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
横跨数百万光年,星系间的介质中,不仅存在气体,而且如此致密!

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天文物理 6/19


为了解宇宙中最普通的物质,以及发生在普通物质身上不寻常的事情,一个耶鲁大学领导的天文学家团队深入到宇宙迷雾中。研究发现关于重子动力学有趣的新细节,重子是亚原子粒子(包括质子和中子)的集合,它们构成了宇宙中大部分可见物质。大多数重子位于星系间介质(IGM)中,IGM是介于星系之间的空间,物质既不受周围系统的束缚,也不受周围系统的牵引。


                               
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耶鲁大学博士后助理尼尔·曼德尔克和弗兰克·c·范登·博施教授报告了迄今为止对IGM大片区域最详细的模拟。这是第一次,能够看到IGM中寒冷、稠密的气体云是如何组织起来的,并在广阔的宇宙中,在更大的物质“薄片”或“薄煎饼”中发生反应,这一发现发表在《天体物理学》上。多年来,研究人员一直试图将IGM的结构和性质拼凑在一起:
一方面是为了测试大爆炸宇宙学的标准模型,该模型预测80%-90%的重子都在IGM中,另一方面也是为了研究IGM作为宇宙燃料来源的关键作用。星系之所以能够不断地形成恒星,是因为新气体从IGM流入星系,很明显,如果星系不吸收来自IGM的新鲜气体,它们将在很短的时间内耗尽气体。然而,检测IGM的气体极其困难,与在星光下闪耀的星系不同


                               
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IGM中的气体几乎从来没有足够的亮度来直接探测到。相反,它必须通过吸收背景光来间接研究。这种吸收研究使研究人员能够了解气体云的密度和化学成分。特别是,能够发现附近星系的恒星形成是否用金属(比氦更重的元素)污染了气体。通过新的模拟,耶鲁大学的研究小组学到了很多:包括前面提到的重子“薄片”的新特性。这些是物质的扁平分布,被称为‘薄煎饼’,横跨数百万光年。


                               
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研究发现,这些薄煎饼里的气体不是均匀分布,而是破碎成类似‘宇宙雾’的东西,由相对寒冷和稠密气体组成的微小离散云组成。这种稠密气体云被认为只在靠近星系的空间区域形成,那里的气体自然密度更大。但新的模拟表明,它们也可以从低密度IGM中凝聚出来,这种现象是自然发生的,是由气体的有效冷却引发的不稳定结果。这个宇宙雾的另一个方面,是原始的,它离任何星系都太远,不会被金属污染。


                               
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这一发现意义重大,因为它解释了从星系远距离观测到高密度、无金属云层令人困惑的现象。天文学家无法解释这一现象,但新的模拟研究表明,它们的存在可能只是自然过程的结果。研究突出了正确解决IGM中气体性质问题的重要性。为了更好地解决中心星系的问题,这一问题往往被忽视。尤其是在前几代宇宙学模拟都没有发现IGM中有如此致密的气体情况下,很难理解IGM中的气体是如何变得如此致密。

博科园|研究/来自:耶鲁大学
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/2041-8213/ab30cb


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