天文学家宣称已发现“宇宙中丢失的重子物质”去哪了

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根据《科学》杂志，宇宙学家现在已经对BIGBANG后20分钟内产生了多少氢和氦有了一个大致的了解。这个数字是通过研究宇宙微波背景辐射(CMB)BIGGANG的余辉获得的。结果表明，我们的宇宙由大约70%的暗能量、23%的暗物质和只有4.6%的普通重子物质组成。然而，观测到的恒星和星系只占普通重子物质的10%，不到宇宙中应该存在的重子物质的一半，大约90%的重子物质似乎丢失了。

超级计算机的模拟结果显示了星系和星系团是如何形成这个被称为“宇宙网”的大规模宇宙结构的

普林斯顿大学的天文学家任玥·岑说:“你知道，这有点令人尴尬，尽管他不是解释‘丢失重子物质’的最新解释的研究人员之一。”“不仅我们知道的大多数物质都是暗物质，而且我们知道的大多数能量都是暗能量。即使是大约5%的正常原子(即普通重子物质)，它们中的大部分都没有被观察到，就像消失了一样。”

研究人员认为他们知道这些“丢失的”重子去了哪里。根据描述早期宇宙如何演化的标准宇宙学模型，宇宙中充满了暗物质带，星系嵌入一种叫做“宇宙网”的结构中。科学家推测，丢失的原子位于分布在星系中的高度电离的弥散气体云中。这些气体云被称为“温暖的星系间物质”(心血来潮)，它能在高达数百万度的温度下发射x射线。然而，由于心血来潮很稀薄，很难被观察到。借助哈勃太空望远镜和空望远镜等天文望远镜，天文学家已经能够找到足够的奇思妙想，可以解释大约50%到70%的“丢失”重子，但仍有相当多(超过20%)的“丢失”重子需要合理解释。

在这项新的研究工作中，爱丁堡大学的一个研究小组试图通过宇宙微波背景辐射(cmb)本身找出“宇宙网”上突发奇想的分布。随着宇宙的膨胀，宇宙微波背景辐射的光子在波长上发生红移，直到我们今天看到的3k的温度(目前，cmb辐射的光谱特性相当于温度为3k的黑体发出的辐射特性)。当这些cmb光子与分布在“宇宙网”上的重子电子相互作用时，光子可以通过与电子碰撞获得能量，并且它们的波长将会稍微缩短(波长蓝移)。这种现象也被称为“sunyaev-zel'dovich效应”或“sz效应”。因此，通过寻找sz效应，研究人员可以在“宇宙网”上找到“温暖的星系际物质”(突发奇想)的分布。

Sz效应非常弱，只能将cmb光子的波长缩短约万分之一。为了获得足够强的信号被探测到，研究人员研究了在斯隆数字勘测中发现的一百万对星系，每对星系之间的距离大致相等，然后叠加这些星系对的图像。显然，sz效应可以从合并和叠加的图像中区分出来，这提供了一种估计与冷微波光子碰撞的热重子数量的方法。相关研究报告已于9月29日在arxiv预印本网站上发布。

这项研究的结果表明，“宇宙网”上物质的密度大约是宇宙平均密度的六倍，因此物质的密度足以解释剩余的大约30%的“缺失”重子物质。另一项利用sz效应对260，000个星系对进行的独立研究也得出了类似的结论，相应的结果也在9月15日发表在arxiv预印本网站上。

一些专家也不同意这一发现。科罗拉多大学博尔德分校的天文学家迈克尔·j·舒尔说:“这项研究的前提让我担心。”“这项研究假设两个星系之间纤维结构上的气体只是沿着视线分布，但这个假设很有可能。不正确。”他强调，这实际上更有可能是一个更加复杂的三维物质分布。

“丢失重子的问题”很有可能通过新一代x射线望远镜的观测最终得到解决。普林斯顿大学的岑认为，一旦新一代x射线望远镜投入使用，利用sz效应的技术也可以为确认x射线望远镜的发现提供一种独立的方法。