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尋找暗物質的新線索:充斥於星系際空間的纖維結構中

尋找暗物質的新線索:充斥於星系際空間的纖維結構中

2019-03-12 Comments 0 Comment

在宇宙學中,暗物質是指無法通過電磁波觀測進行研究,即不與電磁力發生作用的物質。據推測,整個宇宙的構成中約有三分之一為暗物質。對暗物質的探測已經成為粒子物理學和天體物理領域最熱門的方向之一,但科學家一直苦於無法找到暗物質存在的確定證據。現在,借助美國國家航空航天局(NASA)的錢德拉X射線天文台,天文學家認為他們找到了新的線索,可以幫助解開關於這些缺失物質的謎團。

“如果我們找到這種缺失的物質,就可以解決天體物理學中最大的難題之一,”研究第一作者、哈佛-史密森天體物理中心的博士生Orsolya Kovács在NASA的一份聲明中說,“宇宙物質組成了恆星、行星和我們,而如此眾多的物質隱藏在何處?”

雖然暗物質是目前解釋各種星系及星系團觀測結果的最熱門理論,但科學家仍然沒有暗物質的直接觀測證據。Kovács和她的同事們想要探索一個流行的理論:暗物質隱藏在充斥於星系際空間的纖維結構中。這些纖維由溫暖氣體構成,通常難以研究,因為當望遠鏡調節到我們眼睛能看到的光線時,就無法記錄這些結構。

因此,研究人員想出了一個解決方案。他們將錢德拉X射線天文台對準了名為H1821+643的類星體。該類星體能產生強烈的X射線信號。研究人員推測,如果暗物質真的隱藏在星際間的纖維結構中,那麼類星體的X射線信號就可能受到干擾,這樣他們就能向後追溯,將預期結果與觀測到的結果進行對比。

研究人員還特別調整了搜索方式,根據所觀察的特定類星體,他們逐步確定了最能夠顯示纖維結構效應的特定X射線波長。這意味著,他們實際上可以利用類星體的X射線作為工具,而不是淹沒在極其明亮的射線中。

“我們的技術在原理上類似於在廣闊的非洲平原上如何有效地搜尋動物,”研究共同作者、哈佛-史密森天體物理中心的天體物理學家Akos Bogdan說,“我們知道動物需要喝水,因此首先在水坑周圍展開搜尋是很靠譜的。”

研究團隊利用這種有針對性的方法確定了17個纖維狀結構,並以此計算了實際隱藏在這些纖維中的質量。計算結果表明,在這片宇宙中確實隱藏著暗物質。詳細的研究結果發表在2月13日的《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)上。

錢德拉X射線天文台

錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory,簡稱CXO),是NASA於1999年發射的一顆X射線天文衛星,以美籍印度裔物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)命名。

作為大型軌道天文台計劃的第三顆衛星,錢德拉X射線天文台主要用於觀測天體的X射線輻射。它具有極高的空間分辨率和譜分辨率,被認為是X射線天文學上具有里程碑意義的空間望遠鏡,標誌著X射線天文學從測光時代進入了光譜時代。

1999年7月23日,錢德拉X射線天文台由哥倫比亞號航天飛機搭載升空,運行軌道為橢圓形,近地點為1萬公里,遠地點為14萬公里,軌道周期為64小時。目前,這顆天文衛星由哈佛-史密森天體物理中心負責操控和運作。

錢德拉X射線天文台取得的重大成果包括在雪茄星系(M82)中發現了中等質量黑洞的證據、發現伽馬射線暴GRB 991216中的X射線發射、觀測到銀河系中心超大質量黑洞人馬座A的X射線輻射,以及物質從原恆星盤落入恆星時的X射線等等。

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