【菜科解读】

2023年1月，美国科学家在测量某束快速射电暴后发现，银河系中的重子物质竟低于预测结果达到百分之四十的地步。

难道，银河系也不满自己臃肿的身材，一直在悄悄的减肥么？

重子物质

更令人意外的是，光是甩掉这些重子物质，银河系就能完成减肥的事业。

看来，这看似普通的重子物质一点都不普通。

普通物质不普通

在现代物理学中，重子因其有着强烈的相互作用而在众多物质中一枝独秀。

只要有重子物质的存在，人们就能瞧见各类物质在宇宙舞台上上演的好戏。

可有趣的是，如此优秀的重子竟然不是一个简单名词，而是一个复合词汇。

这也是说，在提及重子这一说法的时候，并没有明确的指代物质。

一般来说，宇宙中最为常见的重子物质是质子和中子。

乍一听，这两种物质都好像有点陌生。

这是因为在普通人的生活，接触二者的合体——核子——的机会更多一些。

令人闻风丧胆的原子核也是这两种物质的合体。

除此之外，另一重子物质——超子也于近年为科学家们所发现。

尽管重子物质在宇宙间如此常见，但科学家们遵从的并不是物以稀为贵的逻辑进行的科学研究。

相反，他们关注到了这一常见物质对整个宇宙的重大作用。

简单来说，在大爆炸理论中，科学家们认为整个宇宙诞生之初，只存在着两类物质。

一类是重子物质，一类是非重子物质。

像光子这类物质就不是重子物质，而属于非重子物质。

这么一看，似乎重子物质也没有在宇宙间一家独大，毕竟还有非重子物质与之平分天下。

可有趣的是，非重子物质这一说法是从其质量上来定义的。

倘若追溯非重子物质的起源的话，那么人们便可以清晰地看见：重子物质参与了非重子物质的形成。

换言之，非重子物质尽管与重子物质存在着质的差异，但它总归与后者脱不开关系。

这倒不能怪非重子物质一定要蹭重子物质的热度，而是宇宙的设定便是如此。

宇宙物质成分

根据大爆炸的理论设定，整个宇宙在诞生之初是非常均匀的。

这也是说，不论什么物质存在于宇宙间，它与其反物质的比重都是均衡的，包括中子和质子之间的比例也是1:1的。

但就在爆炸后的第一秒内，这种均衡状态被打破了。

真相很简单，爆炸一结束，整个宇宙的温度就发生了极大变化。

这一变化又导致中子的反应速度变缓，跟不上质子的反应。

如此一来，二者原来比例的平衡被打破。

质子占据上风后，又促使二者的合成方憧憬有利于自身的方面进展，质子不断地吞噬中子，最后生成了早期宇宙的主要物质——氢、氦-4。

氢、氦-4生成结束后，质子也因为无法多余的中子都被消耗完了，无法促发其他化学反应，因而与仅剩的独苗中子一道进入了冻结状态。

没错，现在所说的正是元素周期表上位居第一和第二的物质，千万别以为它们只是寻常的化学元素。

要知道，氢、氦和锂可是整个宇宙间自然生成的元素，没有之一。

其他的元素都是经由太阳爆炸、辐射等外力干扰下才出现的。

氢的作用不言而喻。

随机在宇宙间找种物质观测一下，人们就能发现其中含有氢元素。

氦的功能不大为人所知，这是因为它在地球上隐藏了太久。

1868年，法国天文学家在观测日蚀现象的时候，意外地发现了氦元素。

重子物质

最奇怪的是，这种当时还未在地球上被发现的元素，竟然在整个宇宙中是二把手的位置：其含量是除氢之外的元素总和的4倍。

莫非地球竟然是它的漏网之鱼？

当然不是，三十年后，科学家们终于在地球上发现了氦，这才证明地球也是宇宙的亲儿子。

看到这，重子物质的意义本来凸显得已经很明白了。

倘若没有重子物质的参与，像氢、氦这类的天然元素根本没有机会在大爆炸后产生，更别提宇宙会有多么灿烂的后续或未来了。

换言之，正是由于重子物质在大爆炸后充分燃烧了自己，其所散发出来的光和热才干够久久不灭，成为照亮黑暗宇宙间的一束光，维持着基本的平衡。

宇宙中唯一的可见物质似乎消失了！

2021年，世界科学家们聚集北京，为的就是找到那失踪的可见物质：重子。

明明在大爆炸的理论模型之中，重子物质才是宇宙的顶流。

可偏偏，拿着大型光学望远镜的科学家们在宇宙间四处张望所找到的重子物质也不过是理论模型中的一半。

更过分的是，如今连银河系也悄咪咪地加入到了减重的队伍中。

那么，这些被甩掉的重子物质，究竟跑哪去了呢？

消失的重子

根据科学家们的发现，在大爆炸发生后的38亿年，宇宙间还存在着相当数量的重子物质。

可随着人类科技的进一步发达，科学家们能发现的重子物质就越来越少。

如今，更是连家门口的重子物质都没有守住，不知所踪。

按常理来说，宇宙间的物质涨落此起彼伏是再正常不过的事情。

毕竟，在漫长的岁月中，没有任何物质能够熬得住时间的摧残。

宇宙微波背景

但问题就在于，如果连重子物质都能消失，那么整个宇宙秩序早已失去了失去平衡，变得混乱不堪。

而现在，虽然重子物质不再可见，但宇宙却还在有序地运转着。

这也就意味着，重子并没有消失，而是隐藏了起来。

那么，重子的隐藏地又会是什么地方呢？

科学家基于不同的理论猜想，开展了许多的模拟工作。

由于基于不同的假设，不同模拟实验的结果差异巨大，但却都指向了相同的方向：重子物质若想存在于宇宙之中又不为人所发觉，只能是隐藏在宇宙岛周围的低密度的气体之中。

银河系外的气团

探测方向虽然明了，但在过去的科学观测中，并未发现此类气体的存在。

换言之，这种低密度的气体存在与否也是个问题。

幸运的是，国外的科学家们意外地观测到了围绕在银河系附近的一团酷热气团。

起初，科学家们以为这次发现的又是什么普通气体，结果一研究竟然发现这是一团质量惊人的超大气团。

他们将收集到的数据堆叠在一百多万对的宇宙岛数据之上，最后确认了超大气团的真面目。

这股气团的直径相当惊人，比银河系的直径大了足足三倍。

换言之，要是这股气团随时向银河系发动攻击，那么整个银河系只能束手就擒。

宇宙岛际温热气体的模拟

此外，这股气团不但直径大，内部的物质质量也是相当地重，大概是几百亿个太阳的质量。

这些，还仅仅是气团的表象。

它的实质才令科学家们振奋。

经过数据比对，科学家们发现这超大气团的密度，是普通物质的六倍。

而在整个宇宙中，能同时满足密度低、质量大的物质只有一种，那就是重子物质。

换言之，这些气团正是消失的重子的藏匿地。

可仅仅发现了重子的藏匿地就足够了吗？

如果不对气团中的物质进行进一步观测，又怎么确定这些气团就藏匿了所有消失的重子呢？

秘密虽然没能全部解开，好歹知道了银河系周围的气团之中藏着令科学家们苦思冥想的重子物质。

藏匿的地点既然都有了，科学家们还不赶紧向着气团出发？

事实远没有如此简单。

气团的存在虽然已经被证实，但它在宇宙图谱之上也不过是细小的斑点。

要深入探测其中重子物质的含量，是一件相当的艰难的事情，但也不是毫无办法。

这个办法，就是等待神迹的到来。

测量方式

所谓的神迹，不是上帝制造的产物，而是快速射电暴的遗迹。

近年来，随着天文仪器的精细化、专业化，一种神奇的现象也为人们所熟知。

这正是快速射电暴。

快速射电暴的出现时机，是极为偶然、毫无征兆的。

自从科学家于2014年观测到第一束射电暴案例之后，数十年内在全球范围内也才观测到十几例的射电暴现象。

大型望远镜

尽管如此，科学家们还是孜孜不倦地寻找着它的存在。

因为，这种现象稀有又难得。

快速射电暴难得的地方在于，它内部的组成成分虽然很简单，但容易受到其他物质的干扰。

因此，只需要对其数据做基本的分析，就能知道这束射电暴经过了什么地方以及此地的基本状况。

2023年，美国加州境内的六十三个天线探测到了射电暴的存在。

这一束射电暴刚一穿过银河系外的气团，就被科学家们捕捉到了其存在。

因其与银河系的特殊关系，这束射电暴也引起了各国科学家的注意。

重子结构

人们猜想，或许这束射电暴能够解决银河系气团之中的物质问题。

果不其然，在经过一系列的数据测量、分析工作之后，加州科学家维克拉姆终于得出了结论：在银河系的气团之中，重子物质只占据了百分之九点六的比例，不足百分之十。

就人类目前对宇宙物质的了解来看，重子物质的占比大概是百分之十六。

天文学家重建星系演化史

## 艺术家构想图展示了巨型螺旋星系NGC1365与一个较小伴星系发生碰撞并逐渐并合的过程，这一过程激发了剧烈的恒星形成活动，并导致气体及重元素的重新分布。

天文学家运用一种新型空间考古学技术，通过分析星系气体中的化学特征，重建了NGC1365在漫长宇宙历史中的演化历程。

图片来源：MelissaWeiss／哈佛史密松天体物理中心 通过分析遥远星系的化学指纹，天文学家重建了其长达120亿年的演化历程。

这一新方法有助于揭示星系——包括银河系在内——在宇宙时间尺度上是如何形成的。

由哈佛史密松天体物理中心领衔的一支天文学家团队，首次将星系考古学方法应用于银河系以外的星系，以揭示其演化历史。

该方法通过分析空间中遗留的化学特征，重建星系的形成与演化过程。

这项研究成果发表于《自然天文学》杂志，提出了一种强大的新方法，用于重建遥远星系的演化历史。

该研究还有助于确立一个名为星系考古学的新兴研究领域。

这是我们首次在银河系以外的星系中，以如此精细的程度应用化学考古学方法。

论文第一作者、哈佛大学教授兼天体物理学中心主任丽莎凯利说，我们希望理解自身起源：银河系是如何形成的？我们今天呼吸的氧气又是如何产生的？ 利用化学指纹绘制星系地图 为开展此项研究，研究人员使用了TYPHOON巡天项目的数据，这些数据由拉斯坎帕纳斯天文台的伊雷内杜邦望远镜采集。

他们聚焦于NGC1365——一个从地球视角看呈正面朝向的邻近旋涡星系，这种朝向使其细节更易于观测。

这使得研究团队能够分离并分析其中正在形成新恒星的各个区域。

年轻的炽热恒星发出强烈的紫外光，激发周围气体。

这一过程使氧等元素产生特征性的窄谱线。

通过分析这些光谱模式，科学家能够研究元素在星系中的分布情况。

天文学家长期以来一直知道，星系中心往往含有更高浓度的氧等重元素，而外围区域则较少。

这些分布模式受到多种过程的影响，包括恒星形成和超新星爆发的时间与位置、气体在星系内外的流动，以及与其他星系过去的相互作用。

螺旋星系NGC1365的六幅视图，源自其光谱测光数据立方体，该数据立方体由TYPHOON巡天项目获取。

最左侧为宽带图像，通过平衡B（蓝）、V（可见光）和R（红）波段的连续谱图像，近似呈现人眼所见的星系外观。

其右侧为窄带图像，从TYPHOON数据立方体中提取，中心波长对准电离氢的Hα谱线。

单个HII区清晰可见，这些区域由炽热、高光度的O型与B型恒星提供能量，勾勒出两条宏伟的旋臂结构。

接下来的三幅图像为分别以其他诊断性发射线（氮、硫以及三种诊断线的合成图像）为中心的数据切片。

最后一幅图展示了NGC1365经颜色编码的视向速度场。

致谢：B.Madore，卡内基科学研究所天文台 重建120亿年的星系演化历程 通过追踪NGC1365中氧含量的空间分布变化，并将观测结果与Illustris项目提供的先进数值模拟进行比对，研究团队得以重建该星系数十亿年来的演化历程。

这些模拟涵盖了气体运动、恒星形成、黑洞活动以及化学成分演化等关键物理过程，时间跨度从宇宙早期延续至今。

他们的分析表明，该星系的中心区域形成较早，并迅速富集了氧元素。

相比之下，外围区域则通过数十亿年间与多个矮星系的反复碰撞逐渐演化而成。

外侧的旋臂似乎形成时间较晚，很可能是由这些并合事件带来的气体和恒星逐步构建起来的。

看到我们的模拟结果与另一个星系的数据如此接近，非常令人兴奋，哈佛大学天体物理学家、哈佛史密松天体物理中心的天文学家拉尔斯赫尼格说。

这项研究显示，我们在计算机上模拟的天文学过程正在数十亿年间塑造着像NGC1365这样的星系。

一种理解星系的新工具 总体而言，研究结果表明NGC1365最初是一个相对较小的系统，随后通过多次与较小邻近星系的并合，逐渐演化成一个巨大的旋涡星系。

凯利表示，这项工作展示了星系气体中的化学特征如何揭示其过往历史，从而确立了河外星系考古学作为天文学中一种有价值的新工具。

这项研究很好地展示了理论如何直接助力观测工作。

我认为，这项研究还将影响理论研究者与观测研究者之间的协作方式，因为该项目中理论研究与观测工作各占一半，二者缺一不可。

唯有理论与观测紧密结合，才能得出这些结论。

这对银河系意味着什么 研究NGC1365等与银河系具有相似特征的星系，有助于科学家更深入地理解银河系的起源，并判断其演化历史在宇宙中是否具有代表性或属于特例。

所有旋涡星系都是以相似的方式形成的吗？凯利问道，它们的形成过程是否存在差异？它们现在的氧元素分布在哪里？我们的银河系在哪些方面有所不同，或者是否具有独特之处？这些问题正是我们想要解答的。

BY: Smithsonian FY: AI 如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

科学对宇宙探索的贡献有多大？未来的宇宙探索将怎么发...？

科学对宇宙探索的贡献有多大？未来的宇宙探索将如何发展？自从人类开始仰望星空，我们就一直在探索宇宙的奥秘。

随着科学技术的发展，我们对宇宙的了解越来越深入。

科学对宇宙探索的贡献是巨大的，它不仅帮助我们揭示了宇宙的秘密，也推动了人类社会的进步。

那么，科学对宇宙探索的贡献有多大？未来的宇宙探索又将如何发展？科学对宇宙探索的贡献1. 揭示宇宙的秘密：科学的发展使我们能够使用望远镜等工具，观察到遥远的星系和星体，揭示了宇宙的广阔和深邃。

例如，哈勃太空望远镜的发射，使我们能够观察到更远的宇宙，揭示了宇宙的加速膨胀现象。

2. 推动技术的进步：为了探索宇宙，科学家们发明了许多先进的技术和设备，如火箭、卫星、探测器等。

这些技术的发展，不仅推动了宇宙探索的进步，也推动了其他领域的发展。

3. 提供理论支持：科学的发展提供了许多理论，如大爆炸理论、黑洞理论等，这些理论为我们理解宇宙提供了重要的理论支持。

未来的宇宙探索将如何发展？1. 深空探测：随着科技的发展，我们将有能力向更深的宇宙进发。

例如，火星探测计划正在进行中，我们期待在未来能够实现火星的载人登陆。

2. 寻找外星生命：科学家们正在寻找宇宙中的其他生命形式。

例如，通过分析遥远星系的光谱，我们可以寻找可能存在生命的行星。

3. 研究黑洞和暗物质：黑洞和暗物质是宇宙中的两大未解之谜。

科学家们正在通过各种方法，如重力波探测，来研究这两个问题。

4. 建立月球基地：月球作为地球的邻居，具有重要的科研价值。

未来，我们可能会在月球上建立基地，进行长期的科研活动。

科学对宇宙探索的贡献是巨大的，它不仅帮助我们揭示了宇宙的秘密，也推动了人类社会的进步。

未来的宇宙探索将更加深入和广泛，我们期待着更多的科学发现和技术突破。

然而，我们也需要注意到，宇宙探索不仅是科学的探索，也是人类的探索。

我们需要在探索的同时，保护好我们的家园——地球。

总的来说，科学对宇宙探索的贡献是无法估量的。

它不仅帮助我们揭示了宇宙的秘密，也推动了人类社会的进步。

未来的宇宙探索将更加深入和广泛，我们期待着更多的科学发现和技术突破。

然而，我们也需要注意到，宇宙探索不仅是科学的探索，也是人类的探索。

我们需要在探索的同时，保护好我们的家园——地球。