神秘的快速射電爆發(fā)幫助天文學(xué)家確定宇宙“失蹤”的物質(zhì)經(jīng)過阿什利·斯特里克蘭，CNN 6分鐘閱讀 發(fā)布于美國東部時(shí)間2025年6月16日星期一下午5:31 一位藝術(shù)家的描繪展示了短暫而明亮的無線電波是如何穿過被稱為星系間介質(zhì)的星系間迷霧的。每個(gè)波長(zhǎng)都允許天文學(xué)家“衡量”原本看不見的普通物質(zhì)。 Melissa Weiss/CfA 注冊(cè)美國有線電視新聞網(wǎng)的神奇理論科學(xué)時(shí)事通訊。探索宇宙，了解有趣的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)進(jìn)步等新聞. 美國有線電視新聞網(wǎng) — 天文學(xué)家使用神秘的快速無線電波爆發(fā)，或來自太空的毫秒級(jí)無線電波明亮閃光，來幫助他們追蹤宇宙中一些失蹤的物質(zhì)。 暗物質(zhì)和暗能量構(gòu)成了宇宙的大部分。暗物質(zhì)是塑造宇宙的神秘物質(zhì)，而暗能量根據(jù)美國國家航空航天局的觀點(diǎn)，膨脹是一種加速宇宙膨脹速度的力量。兩者都不可能直接觀察到，但可以通過它們的重力效應(yīng). 但宇宙的其余部分是由宇宙重子或普通物質(zhì)組成的，它們可以在稱為質(zhì)子和中子的微小粒子中找到。 哈佛大學(xué)天文學(xué)助理教授利亞姆·康納說:“如果你把你用望遠(yuǎn)鏡看到的所有恒星、行星和冷氣體加起來，它只占宇宙中普通物質(zhì)的不到10%。 雖然天文學(xué)家認(rèn)為宇宙中的大多數(shù)普通物質(zhì)都漂浮在星系之間的空間，稱為星系間介質(zhì)，或者在星系的擴(kuò)展暈內(nèi)——巨大的球形區(qū)域，包括恒星和熱氣——他們無法測(cè)量這種霧狀物質(zhì)。天文學(xué)家說，這是因?yàn)槠胀ㄎ镔|(zhì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，但其中大部分非常分散，就像試圖發(fā)現(xiàn)霧一樣。 無法探測(cè)到宇宙中大約一半的普通物質(zhì)導(dǎo)致了長(zhǎng)達(dá)幾十年的宇宙學(xué)斗爭(zhēng)，稱為失蹤的重子問題。 現(xiàn)在，康納和他的同事們通過使用快速射電爆發(fā)的閃爍，從本質(zhì)上繪制出以前看不到的東西，直接觀察到了失蹤的物質(zhì)。他們?cè)谥芤话l(fā)表在雜志上的一項(xiàng)新研究中報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)自然天文學(xué). 論文的第一作者康納說:“FRB通過星系間介質(zhì)的霧發(fā)光，通過精確測(cè)量光如何減速，我們可以衡量霧的重量，即使它太暗而看不見?！边@項(xiàng)研究的大部分工作是在康納擔(dān)任加州理工學(xué)院研究助理期間進(jìn)行的。 沿著這條路，天文學(xué)家相信他們可以利用快速射電爆發(fā)來幫助照亮宇宙的其他不可見結(jié)構(gòu)。 一位藝術(shù)家的插圖將普通物質(zhì)描繪成星系間空間的彩色pops。 杰克·馬登/插圖畫家/拉爾夫·科尼茨卡/利亞姆·康納/CfA 閃爍的燈光帶路已經(jīng)探測(cè)到超過一千個(gè)快速射電爆發(fā)(FRB)自從2007年被發(fā)現(xiàn)以來。根據(jù)研究作者的說法，只有大約100個(gè)被追溯到星系。天文學(xué)家仍然不確定爆發(fā)背后的確切原因，但找到更多的爆發(fā)可能會(huì)揭示它們模糊的起源。 為了闡明缺失的物質(zhì)，新的分析依賴于以前觀察到的快速射電爆發(fā)的混合物，以及在研究進(jìn)行之前從未觀察到的明亮閃光。 研究中檢測(cè)的69個(gè)快速射電爆發(fā)存在于距離地球1174萬到近91億光年的地方。最遠(yuǎn)的一顆被命名為FRB 20230521B，是在研究過程中發(fā)現(xiàn)的，是目前觀測(cè)到的最遠(yuǎn)快速射電爆發(fā)的記錄保持者。 研究小組使用深度天氣陣列，一個(gè)由110個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的網(wǎng)絡(luò)，在研究中發(fā)現(xiàn)并識(shí)別了39個(gè)快速射電爆發(fā)。該望遠(yuǎn)鏡陣列位于加州畢曉普附近的加州理工學(xué)院歐文斯谷射電天文臺(tái)，旨在追蹤快速射電爆發(fā)的起源點(diǎn)。夏威夷的凱克天文臺(tái)和圣地亞哥附近的帕洛馬天文臺(tái)幫助測(cè)量了快速射電爆發(fā)和地球之間的距離。另外30個(gè)快速射電爆發(fā)是由澳大利亞平方公里陣列探路者和世界各地的其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。 深度天氣陣列幫助天文學(xué)家找到了以前未知的快速射電爆發(fā)。 維克拉姆·拉維/加州理工學(xué)院/奧弗羅 當(dāng)無線電波以快速射電爆發(fā)的形式向地球傳播時(shí)，可以用傳播出去的不同波長(zhǎng)來測(cè)量它們的光。光擴(kuò)散的程度取決于其路徑上有多少物質(zhì)。 該小組能夠測(cè)量每個(gè)快速無線電爆發(fā)信號(hào)在到達(dá)地球之前穿過空間時(shí)減慢了多少，照亮了沿途遇到的氣體。 快速射電爆發(fā)的速度會(huì)受到它們傳播的影響，這意味著不同波長(zhǎng)的光在不同的時(shí)間到達(dá)。雖然較長(zhǎng)的紅色波長(zhǎng)到達(dá)地球的速度較慢，但較短的藍(lán)色波長(zhǎng)到達(dá)地球的速度較快。每個(gè)波長(zhǎng)允許天文學(xué)家測(cè)量不可見物質(zhì)。 康納說，快速射電爆發(fā)的短脈沖對(duì)這種測(cè)量至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兙拖耖W爍的宇宙信標(biāo)。 “我們可以非常精確地測(cè)量無線電脈沖在不同波長(zhǎng)下減慢了多少(這被稱為等離子體色散)，這有效地計(jì)算了所有的重子，”康納說?！皩?duì)于一顆持續(xù)發(fā)光的恒星或者一個(gè)不在射電中的源，我們無法測(cè)量這種'色散’效應(yīng)。它必須是沖動(dòng)的，短暫的，在無線電波長(zhǎng)。” 該小組能夠利用光的散射來繪制和測(cè)量快速射電爆發(fā)路徑上的物質(zhì)。 “這就像我們看到了所有重子的影子，F(xiàn)RB是背光，”研究合著者，加州理工學(xué)院天文學(xué)助理教授維克拉姆·拉維在一份聲明中說?！叭绻憧吹揭粋€(gè)人在你面前，你可以了解他們的很多情況。但如果你只是看到它們的影子，你仍然知道它們?cè)谀抢?，以及它們大概有多大?！?/p> 在繪制出所有快速射電爆發(fā)以及它們穿過和照亮的物質(zhì)后，該團(tuán)隊(duì)確定76%的宇宙物質(zhì)在星系之間的空間中以熱的低密度氣體存在。另外15%可以在星系暈中找到，而其余的作為恒星、行星位于星系內(nèi)部 或者冷氣。 一個(gè)重要的宇宙學(xué)工具根據(jù)研究作者的說法，基于觀察的發(fā)現(xiàn)與先前使用模擬做出的預(yù)測(cè)一致。布法羅大學(xué)文理學(xué)院的物理學(xué)教授威廉·h·金內(nèi)同意這一觀點(diǎn)。 “因此，結(jié)果是他們想出了一種新的方法來尋找我們知道必須存在的重子，但它們是否真的在(星系際介質(zhì))中而不是在暈中，這仍然是一個(gè)懸而未決的問題，”金內(nèi)說，他沒有參與這項(xiàng)研究。 “幾十年的'失蹤重子問題’從來都不是關(guān)于物質(zhì)是否存在，”康納說?！八傇谀睦?？現(xiàn)在，多虧了FRBs，我們知道:它的四分之三漂浮在宇宙網(wǎng)中的星系之間?！?/p> 了解普通物質(zhì)的分布可以幫助研究人員了解星系是如何生長(zhǎng)和演化的。 “重子被引力吸引到星系中，但超大質(zhì)量黑洞和爆炸的恒星可以將它們吹回來——就像宇宙恒溫器一樣，如果溫度太高，就會(huì)冷卻下來，”康納說?！拔覀兊慕Y(jié)果表明，這種反饋必須是有效的，將氣體吹出星系，進(jìn)入(星系際介質(zhì))?！?/p> 拉維說，快速射電爆發(fā)也可能有助于繪制宇宙網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)地圖。這種結(jié)構(gòu)主要由暗物質(zhì)構(gòu)成，是宇宙的主干，根據(jù)美國國家航空航天局. 康納說，加州理工學(xué)院目前正計(jì)劃在內(nèi)華達(dá)沙漠建造另一架射電望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡可以通過每年發(fā)現(xiàn)和追蹤多達(dá)10，000次快速射電爆發(fā)來建立在新研究的發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)上。 “這是現(xiàn)代天文學(xué)的勝利，”拉維說?！岸嗵澚薋RB，我們開始以全新的眼光看待宇宙的結(jié)構(gòu)和組成。這些短暫的閃光讓我們能夠追蹤填充星系之間廣闊空間的不可見物質(zhì)?！?/p> |
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