太空真的是真空吗? 科学家终于找到了失踪的普通物质

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很多人会把太空理解成彻底的真空,但实际上,它从来都不是完全空无一物。 螺旋星系中心暗物质聚集的示意图 如果用望远镜观测宇宙,你看到的会是密密麻麻的星系。每个星系里都有数十亿颗恒星,很多还拥有巨大的

  很多人会把太空理解成彻底的真空,但实际上,它从来都不是完全空无一物。

  螺旋星系中心暗物质聚集的示意图

  如果用望远镜观测宇宙,你看到的会是密密麻麻的星系。每个星系里都有数十亿颗恒星,很多还拥有巨大的中心黑洞和行星系统。从直觉上看,这些壮观的天体,似乎就应该构成宇宙中大部分的物质。

  但问题恰恰出在这里。

  按照大爆炸理论,宇宙中大约有5%的成分是由普通原子构成的,也就是质子、中子和电子组成的物质。可当天文学家认真清点恒星、星系和气体后,却发现一个长期困扰科学界的矛盾:我们看到的普通物质,远远不够。

  宇宙网是我们宇宙的底层结构。

  恒星加起来,只占宇宙物质的约0.5%。即便把星系内部的气体也算进去,仍然缺了很大一部分。那这些原子,到底去了哪里?

  最合理的答案,其实一直摆在眼前——它们不在星系里,而在星系之间。

  星系之间的空间,被称为星系际介质。这里的密度极低,平均每立方米只有一个原子,比地球空气稀薄了十亿倍以上。但宇宙的尺度极其巨大,直径接近920亿光年。即便如此稀薄的物质,铺满整个宇宙后,数量依然惊人。

  一张饼图展示了宇宙的物质-能量收支情况。

  问题在于,这些物质太难观测了。

  星系际介质温度极高,可达到数百万摄氏度,只会以极短波长的X射线形式发光。而X射线望远镜口径有限,很难捕捉如此微弱、弥散的信号。这也是为什么,多年来这些普通物质始终像“消失”了一样。

  天文学家最近利用一种新工具解决了物质缺失的问题。快速射电暴是强烈的无线电波爆发,其在一毫秒内释放的能量相当于太阳三天释放的能量。科学家于2007年首次发现这种现象,并发现它是由遥远星系中致密的恒星残骸引起的。射电暴的能量在穿越太空的过程中逐渐衰减,当能量到达地球时,其强度比从月球发射后再由地球接收的手机信号还要弱一千倍。

  正是这个过程,成了关键。

  当射电信号穿过炽热的星系际气体时,会与其中的电子发生作用,不同波长的信号传播速度会被拉开。到达地球时,原本整齐的射电脉冲被“拉长”了。这种扩散程度,恰好记录了信号一路上穿过了多少普通物质。

  在2025年6月发表的一项研究中,天文学家利用由110台射电望远镜组成的阵列,对69次快速射电暴进行了系统分析。他们首次给出了一个完整、定量的结果。

  结果显示,宇宙中大约76%的普通物质,位于星系之间的空间中;约15%分布在星系外围的晕结构里;真正位于星系内部、形成恒星和冷气体的,只占9%。

  这一次,普通物质终于被找齐了。

  这一结果与大爆炸理论的预测高度一致。大爆炸模型不仅描述了宇宙如何膨胀,也精确预测了早期宇宙中普通物质的丰度。如今,通过观测重新拼凑出的分布图,恰好验证了那5%的数字。

  随着射电望远镜技术的发展,未来每年有望捕捉到上万次快速射电暴。样本数量的激增,意味着这种方法不再只是“找原子”,而可能真正绘制出宇宙网的三维结构,展示普通物质在宇宙中的真实骨架。

  当然,这并不意味着宇宙的谜题已经解开。

  目前已观测到数千次快速射电暴,即将建成的射电望远镜阵列有望将发现率提高到每年1万次。如此庞大的样本量将使快速射电暴成为宇宙学研究的有力工具。宇宙学是研究-的大小、形状和演化的学科。射电暴的应用范围可能超越简单的原子计数,甚至能够绘制出宇宙网的三维结构图。

  即便普通物质的问题基本厘清,宇宙中占比更高的暗物质和暗能量,依然几乎一无所知。它们不发光、不与普通物质直接作用,却主宰着星系的结构和宇宙的演化。

  一个谜题刚刚被解决,另一个更大的谜题仍然摆在眼前。但至少现在,我们终于知道,构成我们自身的那些原子,并没有消失,它们一直静静地漂浮在星系之间,支撑着整个宇宙的结构。

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