根據大爆炸理論,科學家能推斷出宇宙存在多少重子物質,然而當科學家實際觀察時,卻發現有一半以上的重子物質都找不到去蹤,要不就是重子物質擅長隱藏,要不就是當前宇宙理論有誤。而最近一篇新研究指出,或許快速電波爆發高能現象可解決這項困擾已久的謎團。

ΛCDM 模型嘗試解釋我們宇宙的大尺度結構,過去天文學家在分析宇宙微波背景(CMB)輻射量後估計,構成整個宇宙的常規物質(重子物質,比如恆星、行星、我們)應占 4.85%,暗物質占 26.8%,另外 68.3% 則充斥暗能量,然而當天文學家實際觀察銀河系及周圍其他星系時,卻發現物質數量遠遠不到預期數量的一半。

這點實在有點尷尬,科學家不知道是我們對早期宇宙的理解有缺陷、重子物質消失了、又或者它們只是分布密度極低。過去 20 年來,天文學家花了大量時間精力搜尋失蹤的重子物質,後來事實證明,重子物質在整個宇宙中的分布可能極為稀疏,以至於它們不發光,不吸收也不反射、幾乎找不到,相當於在一間普通辦公室內搜尋一顆原子。

為了尋找重子物質去向,一篇新研究轉向了另一個宇宙之謎:快速電波爆發(First Radio Burst,FRB)。

快速電波爆發是一種宇宙高能物理現象,短短數毫秒內釋放的能量相當於太陽 80 年內釋放的總能量,而對研究團隊來說,在鎖定快速電波爆發宿主星系的同時,可以幫助他們確認電磁波在來的路上路過多少物質──就像陽光在棱鏡中分開一樣,電磁波中不同波長的波也會出現差異。

當電磁波在真空中傳播時,各波長電磁波的傳播速度都相同,然而當電磁波在路上穿過「失蹤的」重子物質時,不同波長的電磁波傳播速度就會出現差異,透過計算各波長訊號之間的延遲,科學家就能算出快速電波爆發穿過多少重子物質以及物質的分布密度。

但說起來容易、做起來難,因為多數快速電波爆發只發生過一次,有些訊號雖然重複出現,但目前能追蹤到源頭的僅 2 個,想確認快速電波爆發經過的地方有多少重子物質,科學家需辨識出大量快速電波爆發的宿主星系,然後將望遠鏡指向該方向加以調查。

研究共同作者、斯威本理工大學天文學家 Ryan Shannon 表示,其中一個關鍵儀器在於 ASKAP(Australian Square Kilometre Array Pathfinder)陣列,它由 36 個碟型天線組成,觀測視野極廣(約滿月的 60 倍),並可拍攝高分辨率照片,或能幫天文學加相對輕鬆地捕捉快速電波爆發、然後精確定位出宿主星系。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:ICRAR