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橫跨數(shù)百萬光年，星系間介質(zhì)中，不僅存在氣體，而且如此致密！

2019-10-01 13:42 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

為了解宇宙中最普通的物質(zhì)，以及發(fā)生在普通物質(zhì)身上不尋常的事情，一個(gè)耶魯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)深入到宇宙迷霧中。研究發(fā)現(xiàn)關(guān)于重子動(dòng)力學(xué)有趣的新細(xì)節(jié)，重子是亞原子粒子(包括質(zhì)子和中子)的集合，它們構(gòu)成了宇宙中大部分可見物質(zhì)。

大多數(shù)重子位于星系間介質(zhì)(IGM)中，IGM是介于星系之間的空間，物質(zhì)既不受周圍系統(tǒng)的束縛，也不受周圍系統(tǒng)的牽引。

耶魯大學(xué)博士后助理尼爾·曼德爾克和弗蘭克·c·范登·博施教授報(bào)告了迄今為止對(duì)IGM大片區(qū)域最詳細(xì)的模擬。這是第一次，能夠看到IGM中寒冷、稠密的氣體云是如何組織起來的，并在廣闊的宇宙中，在更大的物質(zhì)“薄片”或“薄煎餅”中發(fā)生反應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《天體物理學(xué)》上。多年來，研究人員一直試圖將IGM的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)拼湊在一起，一方面是為了測(cè)試大爆炸宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，該模型預(yù)測(cè)80%-90%的重子都在IGM中，另一方面也是為了研究IGM作為宇宙燃料來源的關(guān)鍵作用。

星系之所以能夠不斷地形成恒星，是因?yàn)樾職怏w從IGM流入星系，很明顯，如果星系不吸收來自IGM的新鮮氣體，它們將在很短的時(shí)間內(nèi)耗盡氣體。然而，檢測(cè)IGM的氣體極其困難，與在星光下閃耀的星系不同，IGM中的氣體幾乎從來沒有足夠的亮度來直接探測(cè)到。相反，它必須通過吸收背景光來間接研究。這種吸收研究使研究人員能夠了解氣體云的密度和化學(xué)成分。特別是，能夠發(fā)現(xiàn)附近星系的恒星形成是否用金屬(比氦更重的元素)污染了氣體。

通過新的模擬，耶魯大學(xué)的研究小組學(xué)到了很多：包括前面提到的重子“薄片”的新特性。這些是物質(zhì)的扁平分布，被稱為‘薄煎餅’，橫跨數(shù)百萬光年。研究發(fā)現(xiàn)，這些薄煎餅里的氣體不是均勻分布，而是破碎成類似‘宇宙霧’的東西，由相對(duì)寒冷和稠密氣體組成的微小離散云組成。這種稠密氣體云被認(rèn)為只在靠近星系的空間區(qū)域形成，那里的氣體自然密度更大。但新的模擬表明，它們也可以從低密度IGM中凝聚出來，這種現(xiàn)象是自然發(fā)生的，是由氣體的有效冷卻引發(fā)的不穩(wěn)定結(jié)果。

這個(gè)宇宙霧的另一個(gè)方面，是原始的，它離任何星系都太遠(yuǎn)，不會(huì)被金屬污染。這一發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)樗忉屃藦男窍颠h(yuǎn)距離觀測(cè)到高密度、無金屬云層令人困惑的現(xiàn)象。天文學(xué)家無法解釋這一現(xiàn)象，但新的模擬研究表明，它們的存在可能只是自然過程的結(jié)果。研究突出了正確解決IGM中氣體性質(zhì)問題的重要性。為了更好地解決中心星系的問題，這一問題往往被忽視。尤其是在前幾代宇宙學(xué)模擬都沒有發(fā)現(xiàn)IGM中有如此致密的氣體情況下，很難理解IGM中的氣體是如何變得如此致密。