宇宙一半的物质都被黑洞吸收了

keajoo

我们都可能经历过这种倒霉的事儿：刚才它还在你眼前，然而你转个身后回来再找，它却不见了!" 它 " 可能是钥匙、遥控器之类的东西。

天文学家也经历了类似的事情——一转眼，宇宙中一半的普通物质就找不到了!看起来很不可思议，但这就是当前天文学家们遇到的怪事儿。那么，这究竟是怎么回事?

失踪的另一半


当前，天文学家可通过观测宇宙微波背景辐射来得出宇宙各种成分的含量——宇宙大约是由 4.9% 的普通物质、26.8% 的暗物质和 68.3% 的暗能量构成。

宇宙微波背景辐射大约是在宇宙大爆炸之后 38 万年形成的。上面的含量应该针对那时候的宇宙。但天文学家认为，到今天，宇宙各种成分的含量应该没有改变。

天文学家们统计了我们所能观测到的所有普通物质，包括构成恒星、行星、黑洞、气体和尘埃等的物质，他们却得到了一个令人惊讶的结果：我们找到的普通物质大约只占了宇宙总量的 2.5%。大约有一半的普通物质丢失了。



天文学家们估算出失踪的时间大致在宇宙最初的几十亿年里。那时，一半的普通物质在宇宙中稳定下来，形成了恒星和星系，另一半却失踪了。

当然，失踪只是一种通俗的说法。这些物质并不是真的从我们的宇宙中消失了，它们肯定在某个地方。那会在哪里呢?寻找它们，可能是历史上最大的一场 " 捉迷藏 "。

失踪者的身份特征

幸运的是，这起失踪案有着一些有用的线索。首先，失踪的物质当然是无法直接看见的。事实上，人类肉眼只能看见宇宙非常少的一部分。即使有着强大的天文望远镜，太空中的绝大部分我们也是看不到的。



宇宙大部分的地方都令人难以置信的冷，温度只比绝对零度高 3 摄氏度左右。这些寒冷的物质辐射出的光频率很低，只处在微波范围内。经过几十年的技术进步，现在的天文学家们已经充分了解了微波范围下的宇宙。所以，失踪的物质肯定不是冷的。



宇宙的另一个极端，是极热的物质，它们会辐射出紫外线、X 射线。但我们当前的观测技术还很落后，还没能充分了解此波段下的宇宙，尤其是 X 射线波段。也许，失踪的物质就是能辐射出 X 射线的物质?如果真的是这样，那么它们的温度能达到数百万摄氏度，大致与太阳的日冕(太阳大气的最外层)温度相当。

另外，失踪的物质得是稀疏地分布在宇宙中，否则我们早就发现它们了。那么，炽热且稀疏的物质会是什么呢?在过去的几年中，天文学家们已经开始推测，它们可能离我们很近，也许就在银河系等星系的周围。

变为星系的大气?



在星系中，一些星际气体中的粒子可能会逐渐冷却下来，聚集在一起，形成星云，坍缩为恒星等天体。而另一些粒子会在星系强大的引力作用下，不断地加速，速度加快，温度也随之提高，它们可能会被加热到数百万摄氏度，辐射出 X 射线，并远离星系中心。

然而，星系的引力还想把这些炽热的粒子拉回来，但这些粒子本身的热量却驱使它们远离星系。最终结果是，星系周围弥散着热气体晕。类似于地球周围包裹着一层大气，这些热气体晕可以被看作星系的大气。



一些天文学家认为，失踪的物质可能就是这些热气体晕。虽然我们可能无法直接看到它们，但是我们应该能够观测到它们产生的影响。

从遥远的星系传过来的光会穿过银河系的热气体晕，而其里面的粒子会吸收特定波长的光线。通过这个现象，天文学家可以揭示热气体晕的成分和温度。来自美国密歇根大学的乔尔 · 布雷格曼和他的同事就一直盯着来自宇宙深处的光线，希望它们能揭示出银河系到底包含多少无形的热气体晕。



他们的初步观测结果显示，我们银河系周围的确包裹着一层大气，总体的质量与银河系中明亮的部分相当，然而它们分布的空间范围却是银河系体积的数千倍。

不过，这里仍有问题。他们的研究结果显示，现在整个宇宙尺度下，热气体晕只能解释部分的失踪物质。剩下那部分仍不知所踪。布雷格曼等人认为，剩下那部分可能是离星系更远的热气体晕，只需要我们继续认真观测，就能发现它们。

跑到了巨洞那里?
来自美国哥伦比亚大学的夏伊 · 杰内尔却不认为失踪的物质变为了星系的大气。他认为，失踪的物质可能离星系非常远，大约在数百万光年之外。

我们知道，星系不是孤立地分散在宇宙之中，它们会成群地聚集在一起，组成星系团，许多个星系团再组合成超星系团。超星系团以及周围的暗物质、星际气体形成一种如细丝串成的网状结构，这就是所谓的宇宙网。宇宙网中，细丝之间则存在着巨大的空洞，即巨洞。通常认为，巨洞那里的物质密度只有我们在地球上制造出的 " 真空 " 的几亿分之一。



也许，失踪的物质跑到巨洞那儿去了。那么，是什么力量把物质从宇宙网上推走，送入数百万光年远的巨洞中?



杰内尔认为，是星系中心的超大质量黑洞把一些物质吹到那里的。在过去的 5 年里，杰内尔参与了 " 揭示计划 " ——一个国际合作项目，使用计算机来模拟宇宙从大爆炸到星系形成的过程。借助全球的超级计算机网络，" 揭示计划 " 成为了我们模拟出的最接近现实的宇宙。" 揭示计划 " 的一个强大之处在于，你可以调整任何过程中的物理参数，然后得到相应的结果。例如，你可以调整关于黑洞行为的参数，看会产生什么样的宇宙。



杰内尔最初的目标是为了研究星系如何诞生和灭亡的，但是在试图调整参数，使得模型与现实尽可能相似时，杰内尔和他的同事惊讶地发现，黑洞可以足够强，能把大量的物质吹进巨洞。

黑洞是宇宙大炮?



我们倾向于认为，黑洞是吞噬周围一切的漩涡，而不是宇宙大炮。但是，其强大的引力场使它们成为了宇宙中最有效的能量输出装置。星系的物质落向黑洞时，它们会高速绕着黑洞旋转，在黑洞周围形成一个圆盘状的吸积盘。吸积盘内侧的一些粒子速度可能会接近光速，它们有机会沿着与吸积盘垂直的方向喷射出去，逃离黑洞。这些逃离的粒子构成了一股喷流，能冲出星系。在某些情况下，它们还会冲出星系团，奔向远处的巨洞。



但这里仍有些问题。" 揭示计划 " 的模拟结果显示，黑洞如果真的有能力把物质吹到巨洞那里，那么它们的 " 火力 " 可能过强了，能把星系中大约 90% 的普通物质都吹跑。在过去一年中，研究团队一直在调整参数，使得模拟结果更接近现实，即只吹走 50% 左右的普通物质。



如果事实果真如此，那么不仅说明巨洞那里有着丢失的物质，而且黑洞还在不停地向那里泵入更多的物质。



我们已经知道，因为有暗能量的存在，宇宙在加速膨胀。在数十亿年之后，宇宙中的星系团内部和彼此之间的距离会越来越远。但如果黑洞还在不停地吹跑星系内的物质的话，那么星系团土崩瓦解的速率会更快。我们的宇宙未来可能会更加黯淡。



当然这只是计算机模拟的结果，我们需要对其进行检测。当前，能检测到 X 射线的太空望远镜的灵敏度有限。不过，欧洲航天局和NASA都准备在十几年后发射更为先进的 X 射线太空望远镜。到那时，我们就可能知道，失踪的物质究竟是变为了星系的大气，还是真的被黑洞吹跑了。


本文选自：今日头条