客觀日本

日本透過哈勃太空望遠鏡影像發現新型天體,或爲佔宇宙物質一半的「缺失重子」

2019年08月08日 海洋宇宙

日本東京都市大學知識工學部副教授津村耕司與日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)宇宙科學研究所名譽教授松本敏雄,共同對哈勃太空望遠鏡拍攝的包括目前人類掌握的最黑暗天體在内的天文影像(哈勃極端深空視角)實施了波動解析,發現存在大量很可能是新類型的天體。

這些天體具有以下特徵:

・ 無法與點源區分開,是非常小的天體(直徑在30光年以下);

・ 是非常黑暗的天體(表觀等級比30級還要暗),比銀河系内最黑暗的恆星還要暗(也就是說不是恆星);

・ 結合其他γ射線觀測結果來看,應該是在大約13億年前突然變亮,然後在數億年内變暗的;

・ 推算質量和亮度分別約爲太陽的300倍和1,000倍;

・ 是大量存在的天體(推算全天最多約有1,000萬億個),遠遠多於銀河的數量。

日本透過哈勃太空望遠鏡影像發現新型天體 或爲佔宇宙物質一半的 缺失重子

由於具備以上特徵,研究小組將這種新類型的天體命名爲「Faint Compact Object(FCO)」。雖然目前尚不清楚其真面目,但研究小組認爲物質落入小型黑洞時發光的「微類星體」等可能是FCO。

這項成果已於7月30日發表在《日本天文學會歐文研究報告志》(PASJ: Publications of the Astronomical Society of Japan)的電子版上。

如果可以把宇宙充滿多少光作爲「宇宙輝度」,就能知道從宇宙誕生到現在,各種星體向宇宙釋放的光的總量。而且,透過對「宇宙輝度」的間距分佈進行「波動解析」,還可以獲得更多資訊。

津村耕司副教授等人的研究小組自1990年代以來一直在推進測量「宇宙輝度」的研究,利用宇宙科學研究所發射的紅外太空望遠鏡IRTS及「Akari」發現,在近紅外光區域,宇宙的輝度及波動大於透過已知天體預測的值。最近,透過爲NASA的小型火箭搭載太空望遠鏡觀測發射的CIBER實驗應答,即使在可見光區域,天空也比預想中明亮。

由此可以預測,宇宙中還存在我們不知道的「未知光源」。研究小組從這個觀點出發,解析了哈勃太空望遠鏡拍攝的天文影像,得出的結論是,以前被認爲是「廢棄物」的小而暗的光點可能是宇宙中大量存在的新型天體。

另外,在宇宙中本應存在的「普通物質(重子)」中,有一半尚未被發現,研究人員稱之爲「缺失的重子」。如果此次發現的FCO能解釋爲何宇宙輝度要比理論預測更明亮,那麼宇宙中就可能大量存在FCO,而這些FCO很可能就是「缺失的重子」。

日本透過哈勃太空望遠鏡影像發現新型天體 或爲佔宇宙物質一半的 缺失重子

圖2:此次解析使用的哈勃太空望遠鏡拍攝的影像。左圖拍到了很多銀河。右圖遮住這些天體(遮住比33級明亮的天體),突出強調了「宇宙輝度」。顯示出宇宙輝度的空間結構(波動)。角秒是指1度的1/3,600。

日本透過哈勃太空望遠鏡影像發現新型天體 或爲佔宇宙物質一半的 缺失重子

圖3:缺失的重子。透過最近的天文觀測發現,宇宙中充滿了未知的「暗物質」和「暗能量」,而我們所熟知的物質「重子」(由原子和分子等構成的普通物質)在宇宙中僅存在5%左右。另外,作爲星體、銀河和星際氣體等觀測到的「重子」只有一半左右,另一半尚未發現。這些「尚未發現的重子」被稱爲「缺失的重子」,探索其真實身份是天文學的重要主題之一。

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文:JST客觀日本編輯部翻譯整理