隱藏在黑暗虛空中的宇宙間76%物質首度現身。

利用神秘的快速射電暴，科學家探測到了存在于星系之間空間中的物質。

Jack Madden / IllustrisTNG / Ralf Konietzka / Liam Connor / CfA

我們對這個宇宙的了解實在太有限了。宇宙的大部分質量是不可見的，而僅有的可見物質中，卻又有大約一半失蹤了。但最近天文學家利用神秘的宇宙高能脈沖，也就是所謂的“快速射電暴”，終于發現了這些失蹤的物質。

這些失蹤的物質并不是沒有能力和光發生相互作用的暗物質，而是普通物質（由重子構成，因此又稱重子物質）——它們只是因為太暗，或太稀薄，所以無法看到。

失蹤的普通物質可能并不如暗物質那樣讓人著迷，因為至少我們知道它們是什么——但是對宇宙學家而言，它們在觀測中的缺席仍令人沮喪。它們擴散在浩瀚的太空中，組成了極為稀薄的暈和云氣，包圍著星系或在星系之間的虛空中飄蕩。

哈佛-史密森天體物理研究中心的科學家在快速射電暴產生的短促而強烈的背景光照射下，通過測量光子受阻的方式，計算虛空中存在多少黑霧，最終瞥見了它們神秘的暗影。

快速射電暴本身也是一種神秘的現象。它們是一種通常只出現幾毫秒的點狀射電波源。它們一次釋放出的能量，相當于太陽30年釋放能量的總和。

快速射電暴中有很多行蹤不定，難以捉摸。但有時，它們卻可以被用來給星系之間的物質“稱重”。

并非所有快速射電暴都能完成這個任務，因為只有當它的發生源與地球之間的距離已知才行。到目前為止，在數千個已知的快速射電暴中，只有大約100個能夠被精確定位。

此次研究人員以69個快速射電暴為觀測樣本——它們的源頭與地球的距離介于1170萬光年至91億光年之間。其中最遠的FRB 20230521B距地球約91億光年，是已知最遠的快速射電暴。

快速射電暴產生的光子在穿越空間物質時，會像彩虹一樣被分解。而通過測量不同波長光子的分解角度，可以測算出這些光子穿越的星云或結構中存在著多少物質。

研究人員稱，這就像我們用快速射電暴當背景光，看到了重子的陰影。盡管只是陰影，也足以讓科學家確認它們在那里，以及有多少的它們在那里。

研究人員的測定結果表明，星系之間看似空無一物的空間中，隱藏著宇宙中大約76%的普通物質——也就是所謂的星系際介質；而宇宙中有大約15%的普通物質，是以包裹著星系的巨大彌散暈形態存在；剩下只有9%的普通物質集中在星系內，以恒星和低溫星系氣體等形式存在。

該測算結果與宇宙及宇宙演化高級模擬的預測結果一致，提供了首個與之相關的觀測證據。

相關研究成果發表在6月16日的《自然：天文學》上。

參考 A gas rich cosmic web revealed by partitioning the missing baryons https://arxiv.org/html/2409.16952v1