科學(xué)家開展了一項(xiàng)銀河系外太空領(lǐng)域的研究，加深了人們對(duì)宇宙構(gòu)成的理解，位于哼茨維爾的阿拉巴馬大學(xué)的天體物理學(xué)家仔細(xì)查驗(yàn)了錢德拉X——射線天文臺(tái)收集的數(shù)據(jù)，糾正了天文學(xué)家過去的一種認(rèn)識(shí)，即：星系中的可見物質(zhì)數(shù)量比理論預(yù)測的數(shù)量少。宇宙中的物質(zhì)主要由重元素粒子構(gòu)成，長期以來，天體物理學(xué)界有一個(gè)十分流行的觀點(diǎn)，部分星系的物質(zhì)質(zhì)量或重子消失了，如何解釋“迷失的重子”成了天文學(xué)的一大課題。阿拉巴馬大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，迷失的重子數(shù)沒有以前估計(jì)的那么嚴(yán)重，實(shí)際上有一定比例的重子物質(zhì)“潛藏”在大而明亮的星系團(tuán)之內(nèi)。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過對(duì)大型星系團(tuán)的觀測和分析后發(fā)現(xiàn)，過去的天文觀測忽視了一定比例的重子物質(zhì)，它們不是神秘地消失了，而是“潛伏”在大型星系團(tuán)的氣體中。宇宙中的可見物質(zhì)由重子等粒子構(gòu)成，它們來自于宇宙大爆炸之后的微觀粒子合成。阿拉巴馬大學(xué)和英國布里斯托大學(xué)等的研究人員組成了一支科學(xué)團(tuán)隊(duì)，他們的一項(xiàng)研究成果在牛津大學(xué)出版社發(fā)行和英國皇家天文學(xué)會(huì)舉辦的《每月通訊》雜志上發(fā)表?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)的使命是解釋星系中重子數(shù)量的虧損現(xiàn)象?？茖W(xué)家通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)了宇宙中缺失的重子數(shù)量，但天文學(xué)家在實(shí)際觀測中沒有找到它們的蹤跡。

暗能量在宇宙的總成分中占到大約75%，可見物質(zhì)和暗物質(zhì)占到了大約25%，其中的大約16%是人們熟知的可見物質(zhì)，84%是人們不熟悉的暗物質(zhì)。人們周圍的天地萬物由可見物質(zhì)構(gòu)成。科學(xué)家目前不知暗物質(zhì)是如何構(gòu)成的，它們的存在和特性在人們的感知能力之外，暗物質(zhì)可能由某種特定類型的物質(zhì)粒子構(gòu)成，它們似乎釋放了不可探測的能量。暗能量、暗物質(zhì)和普通重子物質(zhì)組成了一幅完整物質(zhì)世界的拼圖，它們?cè)谟钪娉煞种械恼急炔煌?，不同物質(zhì)類型的占比加起來等于100%。人們不知暗物質(zhì)和暗能量是什么，但可以用簡單而完整的物質(zhì)拼圖描繪宇宙總成分的各個(gè)構(gòu)成。

暗能量顯示了排斥力的特性，暗物質(zhì)和重子物質(zhì)或普通物質(zhì)表現(xiàn)了吸引力的屬性，在暗物質(zhì)和重子物質(zhì)的引力作用下，宇宙萬物在各自的范圍相互聚集在一起，通過物質(zhì)的聚合過程中形成了宇宙中的恒星和行星、星系和星系團(tuán)?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)通過查驗(yàn)錢德拉X射線天文臺(tái)的觀測數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，在星系和星系、星系團(tuán)和星系團(tuán)之間的廣闊空間分布了大量的擴(kuò)散性灼熱等離子氣體，它們的廣泛分布在很大程度上彌補(bǔ)了“迷失的重子”。

在星系之間的巨大空域充斥了炙熱的等離子體氣體，它們的溫度可以達(dá)到1億度，這些等離子體氣體在廣袤的星際空間四處擴(kuò)散，熱容量變得很低，好似人們將自己的手指伸進(jìn)了滾燙的沸水，或?qū)⑹直凵爝M(jìn)了溫度為212華氏度或100攝氏度的房間。假如有“二選一”的難題，人們顯然會(huì)做出經(jīng)驗(yàn)性的選擇，將自己的手臂伸進(jìn)100攝氏度的房間，人們的經(jīng)驗(yàn)選擇適合物理學(xué)的基本原理，人的手臂之所以能夠承受房間的高溫，原因是熱量在房間的擴(kuò)散效應(yīng)大，一個(gè)房間的熱容量比一壺開水的熱容量低了很多。

引力作用聚合了熱氣體，而熱的氣體在引力小的空間沒有選擇簡單的逃逸行為，人們對(duì)熱的等離子氣體有兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：一是測量普通物質(zhì)的重子成分，熱氣體中有重子物質(zhì)，二是當(dāng)熱氣體聚集起來時(shí)，可以測量聚在一起的物質(zhì)數(shù)量，包括將氣體物質(zhì)聚在一起的暗物質(zhì)數(shù)量。理論的分析表明，所有的宇宙空間包含了同樣比例的可見物質(zhì)和暗物質(zhì)或宇宙物質(zhì)的分布基本均勻，在宇宙空間的任何地方抽取樣本物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)和暗物質(zhì)的比例沒有什么不同，通過分析宇宙微波背景輻射圖譜，天體物理學(xué)家證明了宇宙物質(zhì)分布基本均勻的事實(shí)。

宇宙微波背景輻射圖譜反映了宇宙過去的樣態(tài)，它是宇宙大爆炸后遺存的輻射，可見物質(zhì)和暗物質(zhì)在宇宙空間各處的比例是相同的，總物質(zhì)在宇宙大爆炸后呈現(xiàn)了均勻分布的狀態(tài)，好似人們走到了海岸邊的各處，用勺子在不同的海面舀取了一勺子海水，海水的鹽分比重或海水鹽分的集中度在各處都一樣，從此岸取水，從彼岸取水，從岸邊任何位置的海面取水，海水的鹽分比重都是相同的。

天體物理學(xué)家過去的研究成果表明，有些星系中的重子成分不足，實(shí)際觀測和理論預(yù)期的數(shù)量有很大的差距，科學(xué)家十分關(guān)注缺失的重子物質(zhì)“去哪兒了”或存在于什么地方。星系中缺失的重子物質(zhì)比重為16%，或在16%的重子物質(zhì)中，有一部分迷失了，科學(xué)團(tuán)隊(duì)小組似乎找到了缺失或遺失的一部分重子物質(zhì)，所有的重子物質(zhì)都在星系團(tuán)中。大多數(shù)明亮的星系團(tuán)含有理論預(yù)期的重子物質(zhì)，占16%比例的重子物質(zhì)實(shí)際上沒有發(fā)生丟失的現(xiàn)象。

在過去的天文記錄中出現(xiàn)了重子物質(zhì)缺失的謎題，科學(xué)團(tuán)隊(duì)探索了不同的理論路徑，小的星系團(tuán)與大的星系團(tuán)相比，重子的集中度或比重低，在有些引力相對(duì)弱的區(qū)域，熱氣體擺脫了引力的作用，逃逸的過程好似有些行星失去了大氣層。氣體在引力作用下相互聚合，一部分氣體在引力不足時(shí)從氣體團(tuán)中逃逸出去。大星系團(tuán)和小星系團(tuán)都是科學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究對(duì)象?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)的孫明博士重點(diǎn)研究小星系團(tuán)，他從弗吉尼亞大學(xué)轉(zhuǎn)入阿拉巴馬大學(xué)，興趣和好奇心促使他參與了星系團(tuán)中重子物質(zhì)部分迷失的課題研究。

（編譯：2021-7-28）

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