四大未解天文謎團 挑戰基本宇宙觀 (第479期2016/05/12)

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從引力透鏡產生的效應,星系團CL0024+17內部被發現存在有一個暗物質圈,在這張哈伯太空望遠鏡像片裡以藍色顯示出來。(NASA)

目前天文學最大的未解之謎涉及暗物質、反物質、宇宙射線來源等。探究其中任何一個問題,都有可能改變目前的基本宇宙理論。

編譯 _ 張秉開

近年來,天文學家在太空中發現了令人難以置信的宇宙現象,如引力波、火星存在液態水。但與龐大的宇宙相比,目前天文學所探索的空間還是微不足道的狹小,很多問題仍找不到答案。

可見物質只占宇宙的5%

據《商業內幕》4月29日報導,目前,天文學家知道所觀測的星體、星系、射線等物質雖然數量極其龐大,如星系以億計數,但是這些物質僅占宇宙的5%,其餘95%為暗能量和暗物質。

暗能量和暗物質是指科學家目前無論使用什麼方法也不能直接看到,但可以推測出來。想像一下,5%和95%相比,幾乎是可以忽略不計,也就是說,天文學能觀測到的宇宙物質幾乎為零。

再換一個角度思考,因為構成宇宙的絕對大部分物質和能量是觀測不到的,那麼是不是說明我們幾乎不知道宇宙真正是什麼?

為什麼正物質遠多於反物質?

物理學上認為,構成物質的基本粒子按照微觀性質可以分為正物質(簡稱物質)和反物質完全相反的兩種。

物質和反物質相遇會發生能量完全轉換成光子而失去以前的性質,這種現象稱為「湮滅」。如果宇宙中的正反物質相遇,那麼宇宙就會不存在了。

雖然湮滅的情況並沒有發生,但是令科學家困惑的是,宇宙中的正物質遠遠多於反物質。歐洲核子研究中心說:「這是物理學面臨的一個最大挑戰,需要弄清楚反物質發生了什麼事,或者為什麼宇宙是正物質與反物質不對稱的組成。」

高能宇宙射線的來源

科學家發現,我們地球不斷地被來自太空的高能宇宙射線撞擊,但是目前為止沒有人知道它們的來源。

歐洲核子研究中心表示,我們能判斷最低能量的宇宙射線來自太陽的帶電粒子流,稱為太陽風。「但是,那些高能量粒子的來源很難判斷,因為它們在星際空間的磁場中穿行時,運行軌跡發生扭曲和旋轉。」

那些高能宇宙射線包括伽瑪射線、X射線、紫外線等。科學家無法說明它們在穿越巨大星系空間的過程中所發生的具體情況。

快速射電暴(FRB)


帕克斯射電望遠鏡接收到「快速射電暴」的模式圖。(視頻截圖)

2007年,科學家使用澳大利亞帕克斯射電望遠鏡發現第一個「快速射電暴」,此後世界各國天文學共檢測到16個這種強烈的電波信號。

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