快速電波爆發穿過「宇宙迷霧」，揪出缺失的普通物質潛伏地

宇宙主要由可見普通物質、不可見暗物質與暗能量構成，然而就算是可見普通物質也有一半不知所蹤。直到最近，天文學家透過快速電波爆發事件首次直接檢測到瀰散在宇宙霧氣中的普通物質，並解釋所有缺失普通物質去向：新研究表明，76% 普通物質以星系間熱氣體形式存在。

宇宙普通物質由原子、離子、電子等粒子組成，整體占宇宙構成 5%，我們自身、日常生活能觸摸到的物體、已知恆星、行星、星系、星際氣體等都是普通物質；不可見的暗物質、暗能量則占宇宙構成各 26%、68%，為目前宇宙學研究重點，由於當今儀器無法「直接」探測本質仍未知的暗物質和暗能量，其性質至今仍然神祕。

然而就算是我們可以找到的普通物質，天文學家仍面臨困境：目前已觀測到的宇宙重子物質數量仍遠比宇宙學模型預測的少，產生所謂「重子物質缺失問題」，高達 76% 普通物質仍不知分布在宇宙何處。

先前研究表明，大部分重子物質可能散布在星際介質中，但科學家也知道多數望遠鏡很大程度上看不見這些稀薄、像霧氣般瀰漫在宇宙星系間的電離氣體，因此也無法確認實際上究竟有多少瀰漫氣體。

直到最近，加州理工學院、哈佛-史密松天體物理中心（CfA）團隊透過分析 60 個快速電波爆發（FRB）事件確認宇宙缺失物質分布位置，證明宇宙超過四分之三普通物質一直隱藏於星系之間稀薄、低密度的高溫氣體。

▲ 缺失的宇宙重子物質隱藏在星系間介質中。（Source：加州理工學院）

這些 FRB 事件距離我們 1,174 萬光年（FRB 20200120E 事件）到 91 億光年（FRB 20230521b 事件）不等，FRB 本身令人著迷，但研究人員利用這些僅維持數毫秒的瞬態電波脈衝來檢測普通物質：當電波從遙遠宇宙朝地球方向傳播時穿過物質，光會像進入棱鏡一樣被分為不同波長，具體程度取決於穿透多少物質，分析不同波長分離角度可進一步知曉 FRB 大致經過多少物質或結構。

觀測結果證實，76% 宇宙普通物質潛伏於星系間介質（Intergalactic Medium，IGM），15% 位於星系周圍稀疏光暈，剩下的以冷氣體形式集中於星系內，與高級模型預測一致。

這項發現除幫助科學家更理解星系生長方式，也強調 FRB 可協助解決更多宇宙學問題，下一代電波望遠鏡如 DSA-2000 預計可檢測數千個新 FRB，助科學家繪製更詳細宇宙結構圖。

新論文發表在《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊。

（首圖來源：Melissa Weiss/CfA）