宇宙出现赤字危机 紫外线入不敷出[2P]

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宇宙似乎出了差错，在宇宙预算里似乎出现了巨大的紫外光赤字。星系之间的广袤空间是由氢和氦的卷须状物联通，这些卷须状物可以被用作为精确的“测光表”。近期发表在期刊《天体物理学快报》上的一项研究里，科学家小组发现来自已知星系群和类星体群的光还不足以解释观测到的星系间的氢，这种差值大约为400%。

图1 “昏暗点亮的”宇宙（左）和“明亮点亮的”宇宙（右）里星系间氢气的计算机模拟图，后者所拥有的摧毁中性氢原子的能量光子大约是前者的五倍多。哈勃太空望远镜对氢吸收的观察与右图相吻合，但应用已知的紫外线光天体来源则会产生更厚的结构，如左图所示，且与观测产生严重不符。

“这就像你身处异常明亮的宽敞房间，但你环顾四周却只看到几个40瓦的灯泡，”研究首席作者、美国卡内基梅隆大学的尤纳·科尔迈尔（Juna Kollmeier）这样说道。“这些光从何而来？”

奇怪的是，这种不符只出现在被研究的较为透彻的临近宇宙里。当望远镜观测几十亿光年远的星系时（也即观察的是几十亿年前的宇宙），一切似乎合情合理。这种不符只出现在近期附近的宇宙让科学家们困惑不已。

科学家们研究的这种光主要是由高能量紫外线光子组成，后者能够将电中性的氢原子转化为带电的离子。这种电离化光子的两个已知来源分别是类星体——由落入质量为太阳几百万倍的超大质量黑洞的炙热气体所驱动——和炙热的年轻恒星。

观测表明年轻恒星电离的光子几乎总是被宿主星系里的气体所吸收，因此它们从未逃逸至影响星系间氢。但已知类星体的数量远少于产生观测到的光所需要的类星体数量。

“要么我们观测到的星系和类星体的光非常遥远，或者存在我们尚未识别的电离光子的其它主要来源。” 科尔迈尔说道。“我们将这种缺少的光称为光子生产不足危机。但事实上陷入危机的是天文学家，宇宙似乎仍运转良好。”

这种不符产生于超级计算机对星系间气体的模拟与对哈勃太空望远镜的宇宙起源光谱仪(Cosmic Origins Spectrograph)观测的最新分析之间的对比。“计算机模拟与早期宇宙的数据完美匹配，如果假设额外的光源也存在，那么模拟也与本地数据完美匹配。” 研究合作作者、美国科罗拉多大学的本·奥本海默(Ben Oppenheimer)这样解释道。“很有可能计算机模拟并没有反应现实，因此它或可能是个惊喜，因为星系间氢气是宇宙的组成部分，我们认为对它们的理解最为完善。”

“最令人激动的可能性在于缺失的光子来自某种外来的新来源，而非星系或者类星体。”研究合作作者、美国马萨诸塞大学安姆斯特分校的尼尔· 卡茨（Neal Katz）这样说道。例如从未被直接观测到的神秘暗物质自身可能在不断衰变，最终导致了这种额外的光。“当你认真考虑衰变的暗物质，你会知道这便是种危机！”卡茨说道。“400%的差异让你确定的知道其中一定有问题。”研究合作作者、美国俄亥俄州立大学的大卫· 韦恩伯格( David Weinberg)这样评论道。“我们仍然不知道它具体是什么，至少我们认为我们了解现代宇宙这一观点并非正确。”

无论最终解释是外来来源与否，天文学家仍将继续努力试图解开这个谜题。这项研究的其它合作作者包括意大利英苏布里亚大学的弗朗西斯科·哈尔特（Francesco Haardt）、南非西开普大学的隆美尔·大卫（Romeel Davé）、美国马萨诸塞大学安姆斯特分校的马克·法达尔（Mark Fardal）、美国加州大学圣克鲁兹分校的皮耶罗马道（Piero Madau）、美国科罗拉多大学的查尔斯·丹佛斯（Charles Danforth）、美国亚利桑那大学的阿曼达·福特（Amanda Ford）、空间望远镜科学研究所的莫莉·皮普尔斯（Molly Peeples）和美国俄亥俄州立大学的约瑟夫·麦克尤恩（Joseph McEwen）。