科学求知之者|几十年的谜题或将被解开，快速射电暴成为寻找宇宙缺失物质的关键

在以往的文章里，我们分享过各种巨大的宇宙天体，如体积达到太阳50亿倍的盾牌座 UY、质量相当于660个太阳的超大质量黑洞、直径百亿光年的宇宙长城……

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在我们的印象里，这些天体如此巨大，其质量已经远远超过了想象。但事实证明，它们在整个宇宙中仅仅占据了微不足道的一小部分。根据目前的宇宙模型，科学家认为：宇宙的全部能量有68.3%被暗能量所占据、26.8%是暗物质，而那些可见物质，即使包含着那么多恐怖的黑洞、中子星、恒星、星系、星云、类星体，但它们所占据的不过是整个宇宙的4.9%而已。对于这些可见物质，我们统称为重子物质（baryonic matter）。
可是，即使是仅仅占据了4.9% ，重子物质仍然没有想象的那么多。
20世纪60年代，人类发现了宇宙大爆炸的余辉——宇宙微波背景辐射。通过宇宙微波背景辐射，我们可以更好地了解宇宙在早期经历了什么、是什么模样。通过宇宙微波背景辐射，科学家甚至可以推算出早期宇宙有多少重子。可是，在几十年前，当科学家们将理论上早期宇宙的重子数与现在我们的观测结果进行对比的时候，发现竟然有一半没有被我们观测到！

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奇怪，它们又不是暗物质或者暗能量，按理说通过我们现在的手段是完全可以观测到的，那么问题就来了：它们去哪了？
关于这个问题，科学家们讨论了很久。目前来说，比较可靠的说法就是：它们弥散在星系之间的黑暗区域。由于密度太低，又不发光，所以极难观测。通过对遥远的类星体进行光学分析的时候，科学家们也的确发现了极少量特殊的氢原子分布在一些星系的边缘。在靠近星系的位置或者星系内部的丝状结构附近，那些弥散的物质可以将宇宙微波背景辐射的光进行散射。但是，一旦距离星系过远，这些物质就过于黑暗，让我们完全无法探测了。

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国际射电天文学研究中心（ICRAR）科廷大学分校的天文学家Jean-Pierre Macquart告诉我们：“星系之间的宇宙空间非常空旷，那些缺失的物质在一个办公室那么大的空间里只有1-2个原子分布。所以，用传统的观测技术和望远镜是很难探测到它们的。 ”
因此，他以及他的同事们决定：既然不能直接观测，那就用间接的方法。最终，快速射电暴（fast radio bursts ，缩写：FRBs）成为了他们寻找这些缺失物质的重要工具，并促成了他们最近在《自然》杂志上发表的最新研究成果。正如加州大学圣克鲁斯分校的天文学家J. Xavier Prochaska所说的那样：“快速射电暴的发现及其为遥远星系的定位正是破解这个谜题所需的关键突破口。 ”

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快速射电暴，指的是在宇宙空间中会突然出现又迅速消失的无线电波。在2007年，人类首次在宇宙中检测到快速射电暴，至今才只有13年左右的研究历史。它的特点不仅是瞬间的暴发，而且能量极高，有的甚至可以达到太阳的数亿倍，相当于在几毫秒的时间内能够释放出太阳耗掉整整一天才能释放的能量。
更加神秘的是，这些快速射电暴通常暴发一次之后，就再也没有出现过，只有极少数会重复暴发，但间隔时间也会很长、并且没有任何规律。因此，我们既不能预测哪里、何时会出现快速射电暴，也不可能在偶然遇到一次后还指望通过对这个区域持续观测来等候下一次暴发。所以，直到现在，也没有人知道它们到底从何而来。目前来说，很多人愿意相信快速射电暴是来自于磁星（中子星的一种），但是目前也无法确认。分页标题

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（图片说明：磁星会是快速射电暴的源头吗？）
不过，就在去年，科学家们提出了一些想法，或许可以帮助我们追溯快速射电暴，将其来源锁定到星系的范围。虽然这样未必能让我们确定它的本质，但已经可以让我们大致了解其源头距离我们有多远。而这个距离，也可以成为我们观测宇宙的一个有力工具。在寻找那些缺失的物质时，快速射线暴也能成为重要的参考。
虽然不知道源头是什么，但我们确定在离开源头的时候，快速射电暴是以高度聚集的射电束射到宇宙空间的。但是，当它们穿越了茫茫宇宙，被我们的观测设备捕获的过程中，会在穿越星际物质的过程中被拉长。在被拉长的过程中，不同的波长受到的影响也不尽相同，用Macquart话说，这就“像你看到阳光的颜色在三棱镜中被散射开了一样” 。我们可以通过这些差别来检测快速射电暴到底经过了多少物质，才能出现我们观测到的变化。
【科学求知之者|几十年的谜题或将被解开，快速射电暴成为寻找宇宙缺失物质的关键】

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Macquart表示：“我们现在已经能够测量到足够多的快速射电暴距离，从而确定宇宙的密度。仅仅需要6个快速射电暴，就足以让我们找到那些缺失的物质。 ”
不过，虽然他们已经掌握了一定的信息，但是这些信息还非常有限。他们仍然无法确定这些缺失的物质到底是怎样的成分构成，我们知道其中主要是氢和氦，但却无法确定其比例。但目前的计算结果显示，通过快速射电暴观测法得到的物质总量与宇宙微波背景辐射所计算出来的结果相一致。
这对于天文学家来说，无疑是一个非常好的消息。这意味着在经过了几十年之后，我们可能终于找到了宇宙缺失的那一部分。尽管原子的密度如此之低，但我们确定了在星系之间的广阔空间里，宇宙并非是彻彻底底的真空。如此广阔无垠的星际空间，让如此低密度的物质拥有着惊人的总质量，甚至占据了宇宙可见物质的一半。

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不过，研究人员也承认，他们的这项研究还刚刚起步，只研究了很少的几个快速射电暴。我们需要更多快速射电暴的捕捉和研究，才能够更好地了解这种神秘的宇宙现象，也能够更好地借助它来计算宇宙的密度和质量。