兩科研隊伍首證實到宇宙未被觀察物質

立場新聞 2017/10/11 17:24

    兩隊分別來自法國和英國的研究人員發現以往未曾觀察到，但 理論上存在的物質 (matter)。
    現時天文學家認為物質包括「一般物質 (ordinary matter)」與「暗物質 (dark matter)」，而前者包括電子、質子和中子等構成一切化學元素的粒子，其中質子和中子都屬於重子 (baryon) 。雖然科學家對一般物質認識較深，且能以不同方法觀察它們，卻一直未能找到一種理應存在於星系之間的「物質」。科學家相信這種物質有機會與銀河系有關。終於，兩隊分別由天文學家 Hideki Tanimura 帶領的法國太空天文物理研究所 (IAS) 研究隊伍，以及由天文學家 Anna de Graaff 帶領的英國愛丁堡大學研究隊伍，或有望找到這些失落的重子。 研究已分別上載於預印網站《arXiv》。
    研究人員發現這些重子可以從連接星系的極熱氣體中發現。以往以 X–光未能測量到這些重子的存在，但兩隊研究人員均利用蘇尼亞耶夫–澤爾多維奇效應（ SZ 效應）找到了它們。 SZ 效應是指宇宙微波背景輻射穿透星系間的熱氣體，在宇宙微波背景中留下可被觀察到的痕跡。早在 2015 年，其他研究人員就成功以普朗克衛星，譜畫出可觀察宇宙中的 SZ 效應。
    兩隊研究隊伍分別以史隆數位巡天 (Sloan Digital Sky Survey, SDSS) 收集的數據，選擇幾對有機會由重子連繫著的星系。然後，他們再加入普朗克衛星訊號數據，由此測量到較弱訊號。IAS 研究人員檢測了 260,000 對星系，而愛丁堡大學研究人員則檢測超過 100 萬對。
    IAS 隊伍和愛丁堡大學研究人員分別發現這些重子氣體的密度是現在觀察到的物質的 3 或 6 倍。換言之，兩個研究隊伍的發現均顯示：星系之間的氣體質量之大，足以形成連接兩者的細絲。
    兩項研究均證實了多年來的模型預測。美國哈佛史密森天體物理學中心研究人員 Ralph Kraft 表示：「每人都大概知道它的存在，但這是首次有人——兩組人——能確切測量。」此研究再次證明多年以來科學家對星系形成和演化大部份都是正確的。 
    相關文章：
    New Scientists, Half the universe’s missing matter has just been finally found, 9 October 2017
    報告：
    1. Tanimura, H., Hinshaw, G., McCarthy, I.G., Waerbeke, L.V., Ma, Y.Z., Mead, A.,... & Tröster, T. (2017). A Search for Warm/Hot Gas Filaments Between Pairs of SDSS Luminous Red Galaxies. arXiv, Published Online, DOI: arXiv:1709.05024 [astro-ph.CO]
    2. de Graaff, A., Cai, Y.C., Heymans, C., Peacock, J.A. (2017). Missing baryons in the cosmic web revealed by the Sunyaev-Zel'dovich effect. arXiv, Published Online. DOI: arXiv:1709.10378 [astro-ph.CO]
    文／Edward Ho、核稿／Alan Chiu、David Yu