又一个重大发现:找到宇宙中“缺失的物质”

作者: 小雨

来源: 原理

发布日期: 2016-02-29

科学家通过CSIRO团队的努力,成功定位了快速射线暴(FRB)的来源,这是一个距离地球60亿光年的椭圆星系。这一发现不仅帮助科学家定位了FRB,还对宇宙中物质的分布进行了直接测量,从而找到了宇宙模型中“缺失的物质”,这是宇宙学标准模型的一次重大胜利。

2013年3月,CERN的研究人员创造了历史,他们找到了希格斯玻色子!尽管希格斯玻色子的存在半个世纪前就已经被预言,粒子物理学家几十年来一直把寻找它的存在作为首要任务。正因为这一个粒子的发现,科学家才完全的证实了粒子物理学的标准模型。而今天要讲的事情,跟上述一样,不过对象是宇宙学的标准模型。我们从现今的宇宙模型中知道,宇宙是由70%的暗能量,25%的暗物质以及5%的“普通”物质组成的。

这些普通物质正是我们今天看到的一切。但是,当我们把所有普通物质(包括恒星、星系和氢气)加起来的时候,天文学家只得到了普通物质大约一半的物质,其它的无法被直接探测到,而这些就被称为“缺失的物质”。这就意味着,如果我们找不到这些缺失的物质,我们就无法肯定的说现在的宇宙模型是正确的。现在科学家终于找到证据!这全得感谢来自联邦科学与工业研究组织(CSIRO)团队的努力。

故事开始于2015年4月18日,在澳大利亚CSIRO的帕克斯天文台从深空中探测到了快速射线暴(FRB)。FRB非常明亮,并且爆发只维持几微秒的时间。天文学家对它的起源还无法肯定,它们也极其难被探测到,目前只探测到16次这样的事件。此次的发现立刻引起了国际同行的注意,在几个小时内,全世界的几个望远镜都在寻找该信号。

CSIRO的团队立即就开始继续追踪该信号,在帕克斯北部的保罗怀尔德天文台的ATCA也开始寻找该信号。加上日本国立天文台(NAOJ)在夏威夷的昴星团望远镜的协助下,他们终于可以定位到该信号的来源。CSIRO团队把结果发表在了《自然》上,他们最后定位该FRB来源于一个距离地球60亿光年的椭圆星系。

这是一个历史性的成就,因为在过去,定位FRBs的来源是不可能的。

不仅仅是因为快速射线爆持续的时间只有几毫秒,也因为FRB不同波长的信号在空间中传播会因散开而变得模糊,这一模糊效应被称为色散延迟效应。在过去,该团队就探测到过FRBs,但仅仅只能够测量其色散效应,但从来无法测量该信号的红移。红移效应是由于一个物体以极快的速度远离我们而造成的。过去的几十年,科学家利用红移来确定其它的星系以多快的速度远离我们,因此可以推算出宇宙的膨胀率。

基于昴星团望远镜的光学数据,CSIRO团队就可以同时从FRBs信号中测得色散和红移。

正如该论文中写道,该信息的直接产物是对“在星际介质中电离重子的宇宙密度的直接测量”。这不仅是对该信号来源的定位,更是对宇宙中物质分布的直接测量。

过于CSIRO团队只有色散的数据,但是现在我们已经知道该信号来源的位置,该团队就可以测量出在信号的起源和地球之间的物质密度到底是多少,然后该团队就可以拿该数据与宇宙模型的物质分布进行比较。这就让我们可以为宇宙“称重”,至少是为宇宙所包含的普通物质称重。这样,我们就找到了“缺失的物质”,这是宇宙模型的一次胜利,尽管科学家对其余的95%仍然未知。

刚才我们已经提到过,FRB是极难被探测到的,至今只发现过16次,而这些都是在信号被探测到后经过数月甚至是年的时间筛选数据才发现的,这样长时间的分析就导致无法继续观测。为了解决这样的问题,Keane博士和他的团队研发了一个全新的系统来探测FRBs。这样的一个新系统被称为“平方千米阵列”(SKA),是一个国际团队一些协作构建的全世界最大的射电望远镜。SKA拥有着极高的灵敏度、解析度和宽视场。

我们可以期待SKA将会追踪到更多的FRBs事件和发射它们的星系。除了可以提供更多关于宇宙物质分布的测量外,SKA也担任着寻找暗能量的重任。

这的确是值得兴奋的事情,我们正在一步步的剥开宇宙的层层面纱。不久前我们才探测到广义相对论的最后一项预言——引力波的存在,现在我们又确认了当前的宇宙模型,一次次的胜利让我们拥有足够的勇气和信心,在追求真理之路永不停歇。

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