臺北市立天文科學教育館

宇宙中約有17%的物質屬於組成例如恆星、行星與人類的正常物質（ordinary matter），其餘約83%則是無法直接觀測的暗物質。然而，天文學家發現星系內可觀測到的正常物質僅占理論預期的約一成，其餘大部分彷彿憑空消失，形成著名的「失蹤重子（missing baryons）」問題。最新研究利用「快速電波爆（Fast Radio Burst，簡稱FRB）」與大規模星系巡天資料，彙整分析後終於找到這些失蹤物質的蹤跡，證實它們並未消失，而是廣泛分布於星系與星系之間遼闊的星系際空間，並揭示黑洞活動與超新星爆發所釋放的能量可能遠超過先前的估計。

圖說：天文學家彙整觀測數據後依照宇宙學模型進行電腦分析模擬，發現星系中的氣體可被拋射至星系之外遙遠的星系際空間，形成向外延伸數百萬光年的瀰散結構。圖片來源：IllustrisTNG

這項由CHIME/FRB合作團隊主導、麻省理工學院（MIT）研究人員參與的研究，結合加拿大氫強度測繪實驗電波望遠鏡（CHIME）與暗能量光譜儀（DESI）的觀測資料，分析數千筆FRB訊號及數百萬個星系的位置。FRB是持續時間僅數毫秒、來自數十億光年外星系的強烈無線電閃光，當電波穿越宇宙中的氣體時，會因自由電子而產生可精確測量的色散延遲，就像替宇宙做一次X光掃描。研究團隊透過比較FRB訊號的延遲程度與沿途星系分布，成功判斷電波究竟穿越星系內部，還是穿過星系之間的空間，進而推算出這些隱藏正常物質的空間分布。

研究結果顯示，大量先前無法偵測的正常物質確實存在於星系之外，形成範圍極廣、密度極低的雲狀結構，其延伸距離甚至可達距離星系約400萬光年，遠超過目前數值模擬的預測。相較之下，一般星系的直徑僅約數十萬光年，顯示這些物質已被推送遠離星系暈之外。研究認為，造成這種現象的主因，是超大質量黑洞噴流、超新星爆發以及劇烈恆星形成等高能天體事件，將大量氣體從星系內部拋射至星系際空間，而要將物質送達如此遙遠的距離，其釋放的能量必須比過去估計更為強大。

研究團隊表示，這項成果不僅為困擾天文學界數十年的失蹤正常物質問題提供重要解答，也證明FRB已成為研究宇宙大尺度結構的重要新工具。隨著CHIME持續發現更多快速電波爆，未來累積的大量觀測資料將能更精確描繪星系之間氣體的三維分布，進一步釐清黑洞、恆星形成與星系演化之間的交互作用，並深化人類對宇宙物質循環與大型結構形成過程的理解。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Live Science