在一項突破性研究中，快速射電暴幫助天文學家將76%的普通物質追蹤到了星系際介質中。

多年來，宇宙一直保守著一個讓宇宙學家困惑的秘密。

宇宙中近一半的普通物質 —— 構成從質子、恒星到行星和人類等一切事物的基本物質 —— 由于其彌散的特性，一直難以捉摸。科學家們曾認為它是“失蹤”的 —— 直到現在。

如今，在一項突破性的研究中，來自加州理工學院和哈佛-史密松天體物理中心（CfA）的天文學家們，利用快速射電暴（FRBs）—— 這種源自遙遠星系的短暫而強大的無線電波爆發 —— 成功地直接探測到了這些失蹤的物質。

這些僅持續毫秒的宇宙信號，如同精確的探針，照亮了原本不可見的星系際介質。

明亮的爆發，隱藏的物質

當這些快速射電暴穿越數十億光年抵達地球時，它們會穿過星系間的電離氣體云。無線電波在途中遇到的物質多少會使其速度發生極其微小的減緩。

通過測量這種被稱為“色散”的延遲，科學家可以計算出快速射電暴路徑上不可見物質的數量。

“快速射電暴穿透了星系際介質的迷霧，通過精確測量光速減緩的程度，我們就能給這片迷霧‘稱重’，即使它暗弱到無法直接看見，”哈佛大學助理教授、該研究的主要作者利亞姆·康納（Liam Connor）解釋道。

該研究分析了69個位置精確確定的快速射電暴，每個都確定了其宿主星系和已知距離。其中一個被研究的快速射電暴，編號為FRB 20230521B，距離地球遠達91億光年，是迄今記錄到的最遙遠的快速射電暴。

盡管天文學家迄今已探測到超過一千個快速射電暴，但只有大約一百個被精確追溯到了其宿主星系。這種定位至關重要，因為知道快速射電暴的來源和距離，是利用它來繪制其穿過的物質分布圖的關鍵，這使得這精選出的少數幾個快速射電暴成為當前研究的核心。

其中，有39個是由位于加利福尼亞州的深空同步陣列（DSA）-110發現的，這是一個由110個射電天線組成的網絡，專門用于探測和定位快速射電暴。其余的快速射電暴數據來自全球各地的天文臺，包括澳大利亞的平方公里陣列探路者望遠鏡。夏威夷的W. M. 凱克天文臺和圣地亞哥附近的帕洛馬天文臺的儀器幫助確定了每個快速射電暴宿主星系的距離。

他們的研究結果證實，大約76%的普通物質存在于星系際介質中，稀薄地散布在宇宙空間中。另有15%存在于環繞星系的氣體暈中，而只有一小部分存在于星系內部的恒星或冷氣體中。

“這就像我們看到了所有重子（普通物質）的影子，而快速射電暴就是背景光源，”加州理工學院天文學助理教授維克拉姆·拉維（Vikram Ravi）說。“如果你看到一個人站在你面前，你能了解到他的很多信息。但如果你只看到他的影子，你仍然知道他在那里，并且大致知道他有多高大。”

幽靈粒子，重大線索

這種物質分布與先進的宇宙學模擬做出的預測相符，但此前從未通過觀測得到證實 —— 直到現在。

這些發現也為探索基礎物理學開辟了新途徑。例如，它們可能有助于確定一種被稱為中微子的亞原子粒子的質量。

雖然粒子物理學的標準模型假設中微子沒有質量，但實際觀測表明并非如此。了解它們的精確質量可能揭開超越當前理論的物理學新篇章。

據拉維說，快速射電暴在宇宙學研究中的應用才剛剛開始。加州理工學院正在內華達沙漠開發的新項目 —— DSA-2000射電望遠鏡—— 預計每年能定位多達10,000個快速射電暴，這將極大地擴展它們在探測宇宙結構中的作用。

這項發表在《自然·天文學》（Nature Astronomy）期刊上的研究由美國國家科學基金會資助。

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