【原】宇宙遺失了1/3的物質(zhì)，它們?nèi)ツ牧?？快遞盒大小的設(shè)備發(fā)現(xiàn)秘密
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根據(jù)現(xiàn)在的宇宙模型，我們的宇宙有68.3%被暗能量占據(jù)，有26.8被暗物質(zhì)所占據(jù)。而所有的恒星、黑洞、行星、星際物質(zhì)所占據(jù)的，只不過(guò)是可憐的4.9%。可是，即便是這4.9%，科學(xué)家還“搞丟”了1/3，或者說(shuō)，直到今天，科學(xué)家也只發(fā)現(xiàn)了其中的2/3，其余的部分仍然是個(gè)謎。大概在138.2億年前，我們的宇宙從一個(gè)奇點(diǎn)中誕生，這就是著名的宇宙大爆炸。在宇宙大爆炸后，重子物質(zhì)（baryonic matter）和暗物質(zhì)（dark matter）出現(xiàn)，但是二者之間除了引力之外幾乎沒(méi)有任何相互作用。我們自己、以及能看見(jiàn)、探測(cè)到的一切天體都是由重子組成的，因此我們至今也不知道暗物質(zhì)到底是什么。但是，即使是看得見(jiàn)的重子物質(zhì)，也有些令科學(xué)家費(fèi)解，因?yàn)樗麄冎荒苷业接钪嬷?/3的重子物質(zhì)，另外1/3則“消失”了。為了尋找這些“消失”了的重子物質(zhì)，科學(xué)家們采用了多種手段，通過(guò)許多不同的方法進(jìn)行研究。有些科學(xué)家就認(rèn)為，這些重子物質(zhì)可能就隱藏在星系之間的太空中。因此，愛(ài)荷華州物理和天文學(xué)系教授Philip Kaaret和他的團(tuán)隊(duì)就對(duì)銀河系周?chē)M(jìn)行了觀測(cè)，希望能夠到一些蛛絲馬跡。最近，他們還真的有了一些新的發(fā)現(xiàn)。最有趣的是，提供這些發(fā)現(xiàn)的，竟然只是一個(gè)和快遞盒子差不多大的觀測(cè)設(shè)備——HaloSat。HaloSat是NASA的一個(gè)立方衛(wèi)星任務(wù)，由愛(ài)荷華城的愛(ài)荷華大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，包括NASA戈達(dá)德太空飛行中心、約翰-霍普金斯大學(xué)、位于科羅拉多州博爾德市的Blue Canyon技術(shù)公司等等組織和部門(mén)共同參與，最終研發(fā)出了這顆令人嘆為觀止的人造衛(wèi)星。你可能以為天文探測(cè)設(shè)備都非常復(fù)雜而且巨大，這句話只對(duì)了一半，復(fù)雜則復(fù)雜矣，巨大卻不一定。HaloSat就是一個(gè)很好的例子，它的尺寸只有大約10cm*20cm*30cm，跟一個(gè)小的快遞盒子差不多一樣大，重量也只有12公斤，從尺寸上來(lái)講屬于典型的立方衛(wèi)星。2018年5月份，HaloSat從國(guó)際空間站被發(fā)射出去，是NASA天體物理學(xué)部門(mén)資助的第一顆立方衛(wèi)星。正所謂麻雀雖小，卻五臟俱全。HaloSat不僅僅是達(dá)到了普通太空探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)，而且還有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。從成本上講，這種小型的探測(cè)器可以生產(chǎn)得更多一點(diǎn)，迄今為止已經(jīng)有6個(gè)立方衛(wèi)星入選到這個(gè)天體物理學(xué)部系列中。從功能上講，這種低成本也沒(méi)有拉低衛(wèi)星的能力，它可以進(jìn)行宇宙中X射線的探測(cè)，并且具備更加廣闊的視野。正因?yàn)橛兄@些優(yōu)勢(shì)，HaloSat才能夠在研究銀河系周?chē)鸁釟怏w光暈的工作中發(fā)揮出意想不到的作用。這些光暈，被稱(chēng)為環(huán)星系介質(zhì)，Kaaret等人認(rèn)為，它們或許是許多宇宙謎題的答案所在，所以借助了HaloSat的觀測(cè)能力，對(duì)這些環(huán)星系介質(zhì)進(jìn)行了觀測(cè)。實(shí)際上，不只是我們銀河系，每一個(gè)星系都有這樣的環(huán)星系介質(zhì)。它們的存在，對(duì)于一個(gè)星系的誕生和演化有著至關(guān)重要的作用。了解這些介質(zhì)的性質(zhì)，可以幫助我們探究宇宙是如何從只有氫和氦的混沌狀態(tài)，最終結(jié)合成為恒星，進(jìn)而形成了行星、星系、彗星等等各種天體的。與此同時(shí)，它也可能是尋找宇宙中那1/3消失的重子物質(zhì)的鑰匙。Kaaret等人首先想要了解的，就是環(huán)星系介質(zhì)的規(guī)模到底有多大。如果它們真的足夠大，甚至比銀河系還要巨大，那么僅僅通過(guò)這一點(diǎn)就足以解釋困惑科學(xué)家多年的謎題。最初的觀測(cè)的確比較樂(lè)觀，Kaaret等人確實(shí)在環(huán)星系介質(zhì)中高密度的部分，他們認(rèn)為這些介質(zhì)呈現(xiàn)出了盤(pán)狀的結(jié)構(gòu)。Kaaret介紹說(shuō)：“在銀河系形成恒星更活躍的位置上方，X射線也更強(qiáng)，這說(shuō)明環(huán)星系介質(zhì)和恒星的形成相關(guān)。我們所看到的這些介質(zhì)，很可能就是此前落入銀河系并且形成恒星的那些氣體，它們此刻正被收回到環(huán)星系介質(zhì)中?！?/span>但是，它在X射線波段過(guò)于明亮，因此很可能會(huì)遮擋住后面的空間。而他們的觀測(cè)結(jié)果暗示，在高密度的環(huán)星系介質(zhì)后面，很可能隱藏著延伸出去的更暗的光暈。這樣的結(jié)果，還是很令他們驚訝的。從理論上來(lái)說(shuō)，黯淡的部分就不能夠解釋遺失的重子物質(zhì)了，因?yàn)樗鼈兒芸赡苤赶蛄肆硪环N可能，那就是這些環(huán)星系介質(zhì)是由“回收材料”組成，這種情況的典型特征就是相對(duì)稀薄的氣體光暈?！耙虼?，事實(shí)告訴我們，僅僅靠HaloSat，我們的確無(wú)法表明銀河系周?chē)娴挠羞@樣延伸出去的光暈?！?/span>那些密集的光暈，是恒星形成的場(chǎng)所，同時(shí)也是銀河系和環(huán)星系介質(zhì)發(fā)生物質(zhì)交換的地方。Kaaret介紹說(shuō)：“看起來(lái)，銀河系和其他星系都不是完全封閉的系統(tǒng)，它們實(shí)際上也能相互作用，把物質(zhì)拋射到環(huán)星系介質(zhì)中，同時(shí)也會(huì)帶回來(lái)一些物質(zhì)?！?/span>接下來(lái)，研究人員希望將HaloSat的數(shù)據(jù)與其他X射線天文臺(tái)結(jié)合起來(lái)，以確認(rèn)銀河系周?chē)降子袥](méi)有那個(gè)延伸出去的光暈。如果真的存在，他們將計(jì)算這些光暈的密度，或許宇宙中遺失的重子物質(zhì)就可以通過(guò)這項(xiàng)研究找到，這是科學(xué)家在理解宇宙方面遇到的最大難題之一。宇宙遺失的1/3重子物質(zhì)，真的是在這里嗎？或者還有哪些我們意想不到的地方，隱藏著這些物質(zhì)呢？希望這些X射線天文臺(tái)能夠找到答案。
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