破纪录的射电爆发可以帮助我们找到宇宙中缺失的物质

拓破天峙

一幅插图显示了快速射电爆发逃离三个碰撞的星系并传播到银河系。(图片鸣谢:ESO/M. Kornmesser)

（）据美国太空网（罗伯特·李）：来自古老碰撞星系的80亿年前的无线电波快速爆发，可以帮助天文学家解开我们宇宙中失踪物质的谜团。

破纪录的快速射电爆发(FRB)是有史以来发现的最古老和最远的例子，表明科学家可以使用这些发射来有效地“称重”宇宙。

FRB是持续时间通常只有几毫秒的无线电波脉冲，其本身就是一个谜，因为它们的起源仍然是个谜。但是这个破纪录的例子来自两三个合并的星系，这个事实有助于解开这个谜团。

这次爆发被命名为FRB 20220610A，是由澳大利亚平方公里阵列探路者(ASKAP)发现的，这是一个位于澳大利亚西部的射电望远镜阵列。在短短几毫秒内，FRB释放的能量相当于太阳30年释放的能量。

“使用ASKAP的一系列碟形天线，我们能够精确地确定爆发来自哪里，”研究的主要作者和麦考瑞大学研究员斯图尔特·赖德在一份声明中说。“然后我们使用位于智利的欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(VLT)来搜索源星系，发现它比迄今为止发现的任何其他FRB源都更古老、更遥远，很可能位于一小群合并星系中。”

宇宙缺失的物质在哪里？

通过模拟宇宙，从大爆炸开始到现代结束，科学家们了解到，今天宇宙中应该存在的所有物质中有一半实际上已经消失了。不，失踪的物质不是暗物质——一种我们看不见的物质形式，因为它缺乏与光的相互作用。它被认为是“普通”物质，由质子和中子组成的原子组成——这些粒子被称为重子。

几十年来，这种失踪的物质一直逃避最大和最复杂的望远镜的检测，但最近，这被追踪到一些星系之间的巨大空间。然而，问题是，这种物质分布如此稀疏，相当于地球上一个标准大小的办公室里不超过2个原子。

“如果我们计算宇宙中正常物质的数量——我们都是由原子组成的——我们会发现今天应该存在的一半以上都不见了，”团队成员兼斯威本科技大学副教授瑞安·香农说。“我们认为缺失的物质隐藏在星系之间的空间中，但它可能是如此炎热和扩散，以至于使用正常技术不可能看到。”

自21世纪20年代初以来，科学家们，包括已故的澳大利亚天文学家Jean-Pierre 'J-P' Macquart，已经开始推测FRB可能被用作“宇宙重量站”来检测这种星云物质。

“快速射电爆发感应到这种电离物质，”香农补充道。“即使在几乎完全空无一物的太空中，它们也能‘看到’所有的电子，这让我们能够测量星系之间有多少物质。”

这是可能的，因为事实上，当FRB穿越数百万或数十亿光年时，它们的辐射被这种丢失的物质分散了。这意味着测量少至6个FRB的距离可以帮助确定宇宙的密度——这最终可以帮助我们找到失踪的重子物质。

赖德说:“J-P表明，快速射电爆发离得越远，它揭示的星系之间的气体扩散就越多。”这就是现在所知的麦克夸特关系。最近的一些快速射电爆发似乎打破了这种关系。我们的测量证实了麦克夸特关系适用于超过一半的已知宇宙。”

目前，大约有50个FRB被追踪到它们的来源，这项研究背后的科学家认为天文学家应该能够在天空中检测到数千个FRB，其中许多甚至在更远的距离。

到目前为止，ASKAP负责确定大约一半追溯到源头的FRB，它是目前天文学家完成这项工作的最佳工具。然而，这种情况很快就会改变，目前世界上最大的两台射电望远镜正在澳大利亚和南美洲建造。当这些平方公里阵列(SKA)望远镜上线时，它们应该可以让天文学家追踪比这个破纪录者更遥远、更古老的FRB。此外，在未来，智利北部正在开发的超大型望远镜(ELT)将被用于追踪探测到的FRB的来源。

“虽然我们仍然不知道是什么导致了这些大规模的能量爆发，但这篇论文证实了快速无线电爆发是宇宙中的常见事件，我们将能够利用它们来检测星系之间的物质，并更好地了解宇宙的结构，”香农总结道。

该团队的研究发表在10月19日星期四的《科学》杂志上。