寻找失踪物质

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  美国航空航天局的钱德拉x射线天文台已经发现了二团星系际弥散热气体云。这些气体云是迄今为止最好的证据,可以证明宇宙中巨大的高温气体网就是长久以来我们一直寻找的失踪物质——它们大约占到宇宙中原子和离子的一半质量。
  科学家使用许多不同的测量方法对100亿年前宇宙中重子物质的质量密度做出了很好的估计。所谓重子就是指构成原子核和离子核的中子和质子,它们通常被称为“普通物质”,以便将它们和暗物质以及暗能量区分开来。然而,随后的100亿年时间内,很大一部分重子物质失踪不见了。
  “星系内外的恒星和气体所包含的所有重子总量只占到大爆炸后不久存在过的重子的一大半。”哈佛-史密森天体物理中心的法布瑞恩·尼卡斯特罗解释说,“现在我们已经找到了这些失踪重子可能的藏身之处了。”
  尼卡斯特罗及其同事们发现这些失踪重子并非出于偶然——他们是在主动寻找。对星系和星系团形成过程所做的计算机模拟表明,这些失踪的重子可能存在于超巨型的弥漫高温气体网状结构之中,星系和星系团就是在其中形成的。
  这些气体云很难被检测到,因为理论上预测它们的温度介于几十万到100万摄氏度之间,并且极其稀薄。这些温热星系际物质存在的证据已经在我们的星系周围,即本星系群内被检测到,但以前还没有发现它们在我们宇宙的邻近区域以外仍然存在的决定性证据,这使得任何对宇宙中重子质量密度的估计都变得非常不可靠。
  这二团遥远得多的气体云是在科研小组研究了类星体状星系Mkn421发射的x射线之后发现的。饯德拉在2002年10月和2003年7月对Mkn421进行的二次观测,取得了质量极高的x射线光谱数据。这些数据表明二团分离的热气体云在距离地球1.5亿和3.7亿光年处过滤或者吸收了来自Mkn421的X射线。
  这些x射线数据表明其中存在碳、氮、氧、氖的离子,气体云的温度约为100万℃。结合紫外光波段的观测之后,研究小组就能够估算出这些气体云的厚度(约为200万光年)和质量密度。
  假设这些气体云的大小和分布是普遍的,尼卡斯特罗及其同事就能够对遍布宇宙的此类气体云中的重子质量密度做出第一份可靠的估计。他们发现,这与宇宙中失踪重子的质量密度棚符。
  钱德拉利用低能透射光栅对Mkn421进行了三次观测,其中二次使用了高分辨照相机,一次使用了高新CCD成像分光计。Mkn421的距离为4亿光年。
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