天文學家運用觀測快速電波爆（Fast Radio Bursts, FRBs）首度證實，超過四分之三的宇宙常物質（baryonic matter）潛藏於星系間稀薄的氣體中，對理解宇宙中物質的分佈與互動作用邁出關鍵一步。此次研究亦同時探測到迄今最遙遠的快速電波爆 事件。
過去數十年來，科學界已知宇宙中至少有一半的常物質——主要由質子構成的重子物質——尚未被直接觀測確認。儘管先前透過X射線發射與遠方類星體的紫外觀測已暗示這些遺失物質可能以溫熱且極度稀薄的氣體形式存在於星系之間，但因其密度極低、溫度高，對大多數望遠鏡而言幾近不可見，導致其總量與分佈位置始終難以確認。
圖說：藝術家筆下呈現的宇宙中常物質分佈示意圖，其中藍色表示宇宙網中星際物質密度較高的區域，紅色表示密度較低區域。
快速電波爆為來自遙遠星系的短促而強烈的電波訊號，近年被證實可用以測量宇宙中的重子含量，但直到近期仍無法用來定位這些物質的具體位置。本研究團隊分析了60個快速電波爆事件，從距離地球僅1,174萬光年的M81星系中的快速電波爆 20200120E，一直到距離達91億光年的快速電波爆 20230521B，後者亦為目前紀錄中最遙遠的快速電波爆事件。透過量測這些訊號在穿越宇宙空間過程中所遭遇的延遲（色散測量），研究團隊成功追蹤其沿途所透過的氣體密度，進而將遺失的重子物質定位於星系間介質（intergalactic medium, IGM）中。
研究團隊認為，數十年來的『重子遺失問題』，關鍵並非在於它是否存在，而是它究竟在哪裡。如今藉由快速電波爆，我們已知有約四分之三的常見物質漂浮於星系之間，存在於宇宙網的細絲結構中。快速電波爆如同穿透星際物質迷霧的探照燈，透過其訊號延遲可推算出星際物質的質量，即使這些氣體本身過於微弱無法直接被看見。
研究結果顯示，約76%的重子物質存在於星系間介質之中，另有約15%分佈於星系暈（halo）中，其餘則以恆星或冷星系氣體的形式存在。此一分佈結果與先前先進的宇宙模擬預測高度一致，為首次以觀測方式直接加以驗證。這是現代天文學的一項勝利。藉由快速電波爆，得以全新方式觀察宇宙的結構與成分。這些電波閃光讓我們追蹤到原本無法觀測的星系間物質。重子物質雖受重力吸引進入星系，但超大質量黑洞與爆炸恆星會將氣體回吹至星系外，如同一種宇宙級的熱調節機制。研究顯示此回饋作用效率極高，足以將大量氣體排出星系，注入星系間的廣袤空間中。（編輯／蔡承穎）
資料來源：Sci News
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