当你在夜晚仰望星空,看到那无数闪烁的恒星与行星时,或许会认为宇宙中的“普通物质”——构成你我、地球和太阳的质子和中子——大多已被我们尽收眼底。然而事实并非如此。银河系数十亿恒星、万亿行星和广阔的气体云,在宇宙尺度下只是沧海一粟。星系际空间中的气体极其稀薄且炽热,令其难以被直接研究。天文学界长久以来一直存在一个“失踪重子”难题:观测结果难以解释理论预测中近一半重子物质的下落。
如今,一种曾令人费解的短暂无线电闪光,正为天文学家提供全新的观测手段。这些被称为快速射电暴(FRB)的信号,不仅能揭示其强大而奇异的源头,更有一个关键能力:每一道持续仅毫秒级的无线电波脉冲,都编码了其在奔赴地球途中穿过的稀薄气体的密度信息。
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其原理在于,等离子体会延迟低频无线电波的传播,从而将信号“涂抹”开来。一个FRB信号的色散量越高,就意味着其路径中穿过的气体越密集。这意味着,天文学家每次捕捉到一个FRB,就等于测绘了一条从遥远星系中爆发磁星直达地球望远镜视线方向上的物质分布图。自二十年前发现FRB以来,这一直是学界渴望实现的突破。现在,随着FRB样本数量的爆发式增长,这一设想终于成为可能。
加拿大氢强度测绘实验(CHIME)的第二版FRB星表,已将记录数量从第一版的数百个提升至数千个。尽管新版星表尚未正式发表,研究团队已经将其投入实际应用。麻省理工学院的王浩辰及其同事,通过交叉比对两张巨大的宇宙地图,来追踪星系际气体的藏身之所。
第一张地图测量了新版CHIME FRB星表中2873个FRB信号路径上的气体总量。第二张地图则由来自亚利桑那州基特峰天文台暗能量光谱仪(DESI)的遗产巡天数据精心绘制而成,它标记了近600万个星系的精确位置。王浩辰解释说:“第二张地图实际上是由五张子图构成的。”每一张图都对应着不同距离段的星系集合,第一张离我们最近,依次向后延伸。
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这一开创性的对比研究,让团队得以定位宇宙气体的分布范围,而最终的发现让他们自己也颇为意外。他们找到的证据表明,那些“失踪”的物质广泛分布在星系周围,其扩散范围远超此前预期。
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