作者：Katia Moskvitch
翻译：loulou
审校：Aprilis
“在过去20年里天文学家已经知道宇宙失踪的物质一直隐藏在哪里。那么, 为什么要花这么长时间才能找到它呢？”
对宇宙结构的大尺度模拟显示了在宇宙中丢失的物质的可能位置
宇宙喜欢和我们玩捉迷藏的游戏。有时候, 即使天文学家对猎物可能藏身的地方有预感, 它也需要数十年的时间才能被证实。对我来说, 最引人入胜的是绝妙的宇宙模型绘制了一个花费20年时间来探索的寻宝地图。
科学家们早在二十世纪八十年代就知道, 他们只能观察宇宙中原子物质或重子的一小部分。(今天我们知道，所有重子一起构成宇宙的 5%，其余的是暗能量和暗物质。他们还知道, 如果他们算上在宇宙中所有可以观察到的东西，这其中大部分是恒星和星系, 那么大多数重子将丢失。
但是，究竟有多少失踪的物质，以及它可能隐藏在哪里，是在二十世纪九十年代越来越重视的问题。大约在那段时间，圣地亚哥加利福尼亚大学的天文学家David Tytler提出了一种方法，使用位于夏威夷的凯克望远镜，根据新的光谱仪测量远处类星体即星系中心有活跃黑洞的明亮核心的氘量。Tytler 的数据帮助研究人员了解，在今天的宇宙中, 一旦所有可见的恒星和气体都被计算上, 就有多达90%重子被忽略了。
凯克望远镜，图片来自百度百科
这些结果引发了一场激烈的争论，一部分是因为 Tytler 个人的煽动。爱丁堡大学的天文学家 Romeel 表示: “尽管当时有很多看似自相矛盾的证据, 他还是坚持他是对的, 并且认为别人基本上都是一群不知道自己在做什么的白痴。”当然结果是，他是正确的。
然后在 1998年，普林斯顿大学天体物理学家Jeremiah Ostriker和Renyue Cen, 发布了一个开创性的宇宙模型，从宇宙的起点追寻它的历史。该模型认为，失踪的重子可能以弥漫气体的形式飘荡在星系之间(并且是在无法察觉的时间内)。
碰巧的是，Dave本可以是Ostriker 和Cen之前第一个告诉世界重子在哪里的人。Ostriker 和Cen的论文发表的几个月前，戴夫已经完成了他自己的一套宇宙学模拟，这是他在加利福尼亚大学的博士学位工作的一部分。他关于重子分布的论文表明，它们可能潜伏在星系间的温热等离子体中。“我真的不喜欢它这样的结果,”戴夫说。“哦，好吧，有舍必有得。”
Dave在之后的时间里继续努力解决这个问题。他设想失踪的物质隐藏在连接星系对的非常炎热和弥散的气体的幽灵般的线上。用天文学术语来说，这成为了由Dave创造的术语“暖热星系介质warm–hot intergalacticmedium (WHIM)” 。
许多天文学家又开始怀疑，在星系的郊区可能会有一些非常微弱的恒星，这些恒星可能是失踪物质的重要组成部分。但经过几十年的搜寻，恒星中的重子数量，即使是最微弱的，也不超过20％。
越来越多的复杂仪器上线了。 2003年，威尔金森微波各向异性探测器测量了大爆炸后大约38万年后宇宙的重子密度。 事实证明，它与宇宙学模型所表明的密度相同。十年后，普朗克卫星证实了这一数字。
由于最终未能找到可能存在缺失物质的隐藏恒星和星系，“注意力转向星系之间的气体——这种星系间介质分布在数十亿光年的低密度星系间空间中，”Michael Shull ——科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家——说道。他和他的团队开始通过研究它对来自遥远类星体的光的影响来寻找WHIM。
氢，氦和较重元素的原子，例如氧等吸收这些类星体灯塔的紫外线和X射线辐射。 这种气体“从光束中窃取了一部分光线，”Shull表示，留下了光线 ——一条吸收线。找到线条，你就能发现气体。氢和电离氧的最显著的吸收线在很短的波长处，在光谱的紫外和X射线部分中。对天文学家来说不幸的是（但对地球上的其他生物来说幸运的是），我们的大气阻挡了这些光线。 为了一定程度上解决光线缺失的问题，天文学家发射了X射线卫星来绘制这种光。 Shull表示，采用吸收线方法，科学家们最终“解释预测了在大爆炸中形成的重子的大部分（如果不是全部的话）。”
其他团队采取了不同的方法，间接寻找缺失的重子。包括Shull在内的三支队伍现在都在说所有的重子都被计算在内。
但WHIM是如此微弱，物质如此分散，以至于很难下定论。“多年来，研究人员之间进行了许多交流，争论或反对可能探测到温热的星系间介质。” 巴尔的摩太空望远镜科学研究所所长Kenneth Sembach说道，“我怀疑会有更多。 最近的论文似乎是这个复杂而有趣的宇宙谜题中的另一篇。我相信会有更多的论文，以及关于如何最好地将这些作品融合在一起的相关辩论。”
原文链接：
https://www.quantamagazine.org/a-short-history-of-the-missing-universe-20180919/