宇宙浩瀚無垠,充滿了未知與驚奇。我們總以為自己對它已經有相當程度的理解,但事實上,就算是最基本的構成問題,科學家至今仍在追尋答案。
舉例來說——宇宙中的物質,到底都到哪裡去了?
根據現代宇宙學的估算,宇宙中的物質大約有 15% 是普通物質(也就是我們熟悉的原子、分子組成的物質),其餘則是神祕莫測的 暗物質 與更難捉摸的 暗能量。然而,這 15% 的普通物質中,長期以來卻有將近一半「下落不明」,彷彿憑空消失。直到最近,一篇刊載於《自然天文學》(Nature Astronomy)的重大研究,才為這個長達數十年的宇宙懸案揭開了序幕。
一、一半的普通物質去哪了?科學家找了半世紀
你可能會問:「我們不是已經看到很多星系、恆星、行星、氣體雲了嗎?怎麼還會『少了一半』?」
沒錯,這些看得見的物質確實存在,但根據宇宙大爆炸理論的預測,宇宙應該擁有更多的普通物質。問題是——望遠鏡看遍全宇宙,就是找不到另一半。
它們既不在星系裡,也不在恆星中,甚至不在星雲裡。那麼,它們到底藏在哪裡?
二、突破性發現:失落的物質,竟藏在星系之間的「霧」中!
這項由哈佛大學天文學教授 利亞姆‧康納(Liam Connor) 所領導的研究,巧妙地利用一種宇宙級的「燈塔」——快速電波爆(Fast Radio Bursts, FRBs),成功追蹤到那些「消失的物質」。
📡 什麼是快速電波爆?
FRB 是來自宇宙深處的短暫而強烈的無線電波脈衝,有些僅持續千分之一秒,卻能釋放出等同太陽一天所釋放的能量。科學家相信它們可能源自於具有極強磁場的中子星。
當這些電波穿越宇宙時,會與途中的物質發生交互作用,導致不同頻率的電波傳播速度產生微小差異,這種現象稱為「色散」。藉由測量這些延遲,科學家可以反推出電波路徑上的物質密度。
🔍 研究方法:用 69 次 FRB 當「探測針」
研究團隊分析了來自 69 次 FRB 的信號(其中 39 次由加州奧文斯谷電波天文台的「深度綜合陣列」所捕捉),這些電波有些來自距離地球 91 億光年 之遠的星系,橫跨了宇宙的大部分歷史。
透過精確計算這些電波的延遲與路徑,他們終於「看見」了那些躲藏在星系之間、以稀薄電漿狀氣體存在的重子物質 —— 就像迷霧般瀰漫在星系之間的宇宙網絡中。
三、數據揭曉:失落物質的「分布地圖」
這項研究不僅找到了失落的物質,還精確描繪出它們的所在位置:
- 🌌 76% 分布於星系之間的星系際介質(IGM)
- 🌀 15% 存在于星系周圍的氣體暈(galactic halos)
- 🌟 9% 則位於星系內部,如恆星、行星與……你手中的餅乾麵團 😄
這代表,那些我們以為「消失」的物質,其實從未真正離開,只是散布在星系之間,以極其稀薄的形式存在,難以用傳統望遠鏡觀測。
四、這些氣體怎麼會跑到星系外面?
你可能會好奇,這些物質原本應該是構成恆星與行星的材料,為什麼會被「踢出」星系?
根據研究人員的說法,這些氣體很多是在以下情況中被拋射出去的:
- 💥 超新星爆炸:大質量恆星生命終結時的猛烈爆炸,會將大量氣體高速驅散至星系外
- 🌀 黑洞活動:當黑洞吞噬物質時,會釋放出強大的能量與噴流,同樣會把周圍氣體吹走
這些過程使得星系不斷「流失」物質,但也同時在宇宙中創造出一張巨大而無形的「氣體網絡」,成為未來恆星與星系形成的種子。
五、下一步:暗物質,輪到你交代了!
這次的發現不僅解開了宇宙物質帳面上的「半數失蹤案」,更讓科學家對宇宙的組成有了更完整的拼圖。
不過,這也讓人更加好奇——如果普通物質只占 15%,那剩下的 85% 暗物質究竟在哪裡?它們又是什麼?
康納教授也表示:
「既然現在我們終於把普通物質都找回來了,接下來該正面迎接更大的謎團——暗物質。它們不會發光、不會吸收光、也不反射光,我們至今仍無法直接觀測到它,但它卻主導了宇宙的結構與演化。」
六、結語:每一次發現,都是向宇宙更深處邁出的一步
從認識地球是圓的,到發現宇宙膨脹;從找到第一顆系外行星,到拍攝黑洞的剪影——人類對宇宙的探索,永遠不會有句號。
而這次找到「失落的物質」,不僅是天文物理的一大里程碑,更提醒著我們:
宇宙,遠比我們想像的還要奇妙;而科學,就是我們解開這些奧祕最有力的工具。
或許未來某天,我們終將能說出暗物質的真相,甚至揭開宇宙起源的最終謎底。但在此之前,每一次像這樣的突破,都值得我們停下腳步,感嘆宇宙的浩瀚與人類智慧的光芒。