科学家在遥远的星系晕中发现重子

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看不见的暗物质和暗能量约占宇宙总质量和能量的95%,而认为是普通物质的5%也绝大部分看不到,例如,构成它们的星系外围的气体,叫做星系晕(galactic halos)。

看不见的暗物质和暗能量约占宇宙总质量和能量的95%,而认为是普通物质的5%也绝大部分看不到,例如,构成它们的星系外围的气体,叫做星系晕(galactic halos)。

这种普通物质大部分是由中子和质子组成,中子和质子是存在于氢和氦等原子核中的重子(baryon,由三个夸克组成的复合粒子)。 重质物质中只有约10%是恒星形式,其余大部分存在星系之间的空间,这些星系之间分布着一系列热的,分散的物质,即暖热的星系间介质(warm-hot intergalactic medium)。

由于重子在太空中的分布如此之广,因此科学家很难清楚了解它们在星系周围的位置和密度。 由于对普通物质所处位置的了解不完整,因此大多数宇宙的重子都可以视为失踪了。

现在,由美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)和康奈尔大学的物理学家组成的国际研究团队,提供至目前为止最佳的测量结果,绘制这些失踪重子的位置图,它在星系群周围的位置和密度。

证明这些重子处于星系晕之中,而且这些星系晕的延伸范围,比流行模型所预测的还要远。 尽管大多数单个星系的恒星通常都包含在距离星系中心约十万光年的区域内,但这些测量结果显示,对于特定的一组星系,最远的重子可以从星系中央延伸约六百万光年。

矛盾的是,寻找这种失踪了的物质比暗物质更具挑战性,暗物质可以通过它对正常物质的重力效应间接观察到。 暗物质是未知物质,约占宇宙的27%。 暗能量占宇宙的68%,而暗能量以加速的速度驱使宇宙中的物质分离。

【图:美国太空总署;文:节译自劳伦斯伯克利国家实验室2021年3月16日新闻公布】研究全文刊登在2021年3月15日出版的《物理学评论 D》期刊

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