重子消失之谜
创始人
2024-11-16 14:41:52
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宇宙广袤,有许多“隐士”藏身其中,比如大名鼎鼎的暗物质和暗能量。天文学家估计,目前看不见的暗物质占了宇宙总质量的23%,暗能量占了宇宙总质量的73%,剩下4%则是我们可以观察到的那些东西。但其实除了暗物质和暗能量,还有另外一些“隐士”让我们难以发现它们的踪迹,比如说“消失的重子”。

所谓重子,主要是质子和中子,构成了我们宇宙中原子质量的99.9%以上。天文学家通过观测遥远的星系情况,推测了100亿年前宇宙中的物质成分,然后和目前观察到的宇宙中物质成分对比,发现了一个古怪的现象:目前宇宙中的重子数量,大约只有100亿年前宇宙中的重子数量的一半,另外的一半重子莫名其妙地失踪了!

这还得了,原子是组成我们看到的各种物质的基本粒子,它们要是从我们的宇宙中彻底不见了,那质量守恒定律都得改写了。所以在十几年前天文学家发现了重子失踪之谜的时候,就判断,失踪的重子一定躲在我们很难观察的地方,它们应该还在我们的宇宙中。

那些重子躲在什么地方呢?

热气团包围银河系

最近,美国、欧盟和日本的科学家通过太空观测仪器,相继发现了一个令人震惊的现象:我们的银河系和附近的大、小麦哲伦星云可能正在被一个巨大的炽热气体团包围!

科学家通过观察来自数亿光年远的X射线发现了这个现象。在我们银河系周围的空间中,有些X射线被一些之前未观察到的物质吸收了。根据吸收的情况,科学家判断,那些物质实际上组成了一个非常巨大的气团,直径可能达到了30万光年,而我们银河系的直径才10万光年。这个气团所含物质的总质量足有100亿到600亿个太阳的质量,而且物质的温度相当高,达到了100万到250万度的高温,比太阳表面温度高多了。

听到有如此高温的物质包围着我们银河系,我们是不是该赶快逃命了?不要担心,我们说气团物质“高温”,实际上说的是那些粒子的动能和势能很高,并不代表气团整体的温度。气团自身的物质密度太低了,低到最先进的望远镜也无法直接观察到气团存在的地步,只能借助X射线被吸收的现象来推测应该存在气团。所以即使我们被热气团包围着,也不会感觉好像进入了太上老君的炼丹炉。

这其实不是科学家第一次发现宇宙中存在热气团,早在十年前,一些科学家就通过X射线被吸收的情况,发现银河系之外的两个星系周围可能存在着热气团。但这个发现并没有引起足够的重视。如今,我们银河系也处于热气团之中的事实,让科学家意识到,他们可能找到了重子失踪之谜的答案。

那些失踪的重子,其实就躲藏在各个星系的周围,形成了巨大的热气团,但是由于密度非常非常低,所以长期以来没有被科学家发现。从100多亿年前到现在,重子其实还在我们的宇宙中,它们并没有消失。

热气团从何而来?

围绕这个巨大的热气团,科学家又迷惑了,比如说,这个热气团什么时候形成的?

如果热气团在银河系和其他星系形成之初就形成了,那么100亿年中,高温的热气团如何保持稳定状态的?科学家猜测,也许是星系强大的引力束缚住了热气团中速度很快的高能粒子,让它们只是绕着星系的中心运动,而不会逃离星系的束缚。如果热气团是在银河系诞生后逐渐形成的,那么这些高能粒子可能是从银河系释放出来的,可银河系是如何释放出这些粒子的?

人们过去一直认为星系之间是空旷的场所,而重子组成的热气团如此之大,甚至于有的星系的热气团彼此“接壤”,热气团在宇宙空间中形成了一种超巨型的网状结构,填补了星系之间的空间。我们对宇宙结构的认识将因为热气团的被发现而改变。

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