Ahli Astronomi Akhirnya Jumpa Jirim Baryonik Yang Hilang di Alam Semesta Menggunakan Semburan Radio Pantas

Selama beberapa dekad, ahli astronomi berhadapan dengan satu jurang yang memalukan dalam kira-kira kosmik mereka. Semua jirim biasa—proton, neutron, dan elektron yang membentuk bintang, planet, dan segala yang dapat kita lihat—hanya merangkumi kira-kira separuh daripada apa yang diramalkan oleh model teori sepatutnya wujud. Selebihnya langsung "hilang."

Kini, menggunakan teknik pintar yang memperlakukan kilatan kosmik misteri sebagai prob semula jadi, satu pasukan dari MIT dan Kolaborasi CHIME/FRB akhirnya berjaya mengesan jirim biasa yang hilang itu. Ternyata, baryon tersembunyi alam semesta ini bersembunyi di tempat yang terang: sebagai awan gas yang sangat jarang dan lemah yang mengelilingi kumpulan galaksi .

Bagaimana Semburan Radio Pantas Menjadi Prob Kosmik

Semburan radio pantas (FRB) adalah kilatan gelombang radio yang sangat terang, berlangsung hanya dalam beberapa milisaat, yang bergerak dari galaksi jauh ke Bumi. Semasa setiap FRB mengembara melalui angkasa, isyaratnya menjadi "terhampar" atau diregangkan dalam masa—satu fenomena yang dipanggil dispersi oleh ahli astronomi. Lebih banyak jirim yang dilalui isyarat itu, lebih besar penghamparannya .

Pasukan pimpinan MIT mengukur tahap penghamparan (secara teknikalnya, ukuran dispersi) untuk ribuan isyarat FRB yang dikesan oleh Eksperimen Pemetaan Intensiti Hidrogen Kanada (CHIME). Mereka kemudian merujuk silang setiap penghamparan FRB dengan kedudukan galaksi yang diketahui di seluruh langit. Dengan mengasingkan berapa banyak penghamparan itu disebabkan oleh gas jarang di luar galaksi—dan bukannya oleh galaksi itu sendiri—mereka dapat memetakan di mana sebenarnya jirim baryonik yang hilang itu berada .

Pendekatan ini sangat berkuasa kerana FRB bertindak seperti lampu latar kosmik. Seperti yang dijelaskan oleh Kiyoshi Masui dari MIT: "Semburan radio pantas menembusi kabut medium antara galaksi. Dengan menilai secara tepat bagaimana cahaya itu diperlahankan, kita boleh mengukur kabut itu, walaupun ia terlalu malap untuk dilihat secara langsung" .

Apa yang Didedahkan oleh Penemuan Ini

Analisis itu menghasilkan beberapa keputusan menarik yang membentuk semula pemahaman kita tentang cara galaksi berfungsi.

Jirim yang hilang adalah gas jarang di sekeliling kumpulan galaksi

Jirim baryonik yang hilang itu tidak wujud sebagai sejenis jirim eksotik. Sebaliknya, ia mengambil bentuk awan gas suam-panas berketumpatan sangat rendah—medium antara galaksi suam-panas, atau WHIM—yang terbentang jauh dari galaksi ke ruang antara galaksi .

Satu kajian pelengkap yang diterbitkan dalam Nature Astronomy pada 2025 memberikan kira-kira penuh di mana semua jirim baryonik berada: 76% berada dalam awan antara galaksi yang suam, 15% adalah gas sejuk di dalam dan sekitar galaksi, dan hanya 9% membentuk semua bintang dan planet yang kita lihat .

Gas itu terbentang lebih jauh daripada yang diramalkan oleh simulasi

Mungkin hasil yang paling mengejutkan ialah awan yang diperhatikan mencapai jarak yang jauh lebih besar dari galaksi daripada yang dijangka oleh kebanyakan simulasi komputer. Percanggahan ini penting kerana simulasi komputer—seperti yang berdasarkan model kosmologi piawai—adalah salah satu alat utama yang digunakan oleh ahli kosmologi untuk menguji pemahaman mereka tentang alam semesta .

Maklum balas galaksi yang lebih kuat daripada jangkaan

Taburan gas yang meluas ini menunjukkan satu punca asas: proses bertenaga dalam galaksi adalah jauh lebih ganas daripada yang difikirkan sebelumnya. Lubang hitam supermasif di pusat galaksi melancarkan jet kuat yang meletupkan jirim ke luar, supernova daripada bintang yang mati melakukan perkara yang sama, dan gabungan daya ini melontar jirim biasa ke ruang antara galaksi pada skala besar-besaran. Seperti yang dinyatakan oleh Kiyoshi Masui: "Pengukuran ini menunjukkan bahawa aktiviti bintang, dan aktiviti daripada lubang hitam, adalah lebih kuat dan lebih ganas daripada yang diramalkan" .

Kekukuhan statistik

Satu kajian arXiv yang berasingan yang menganalisis data daripada 3,455 sumber CHIME/FRB yang unik mendapati korelasi yang signifikan secara statistik (antara 2.6 hingga 5 sigma) antara isyarat FRB dan sepuluh prob struktur berskala besar yang berbeza, termasuk galaksi, kanta graviti lemah, dan kanta latar belakang gelombang mikro kosmik. Ini mengesahkan pengesanan web baryonik jarang pada peralihan merah sehingga kira-kira 1.5—bermakna gas itu telah berada di sana selama berbilion tahun .

Mengapa Ini Penting

Masalah baryon yang hilang telah menjadi salah satu teka-teki yang paling berterusan dalam astrofizik selama hampir dua dekad. Menyelesaikannya mengesahkan gambaran asas yang telah dibina oleh ahli kosmologi: jirim biasa benar-benar berada di mana teori meramalkannya, cuma dalam bentuk yang tidak kelihatan kepada teleskop tradisional sehingga kini .

Tetapi penemuan ini juga mendedahkan bahawa simulasi galaksi memerlukan kemas kini besar. Taburan gas yang luar biasa luas ini bermakna model mungkin memandang rendah jumlah tenaga yang disuntik oleh galaksi ke persekitaran mereka—tenaga daripada lubang hitam dan bintang yang meletup yang membentuk persekitaran di sekeliling setiap galaksi. Ini mempunyai implikasi untuk segala-galanya daripada memahami evolusi galaksi hingga mengukur struktur berskala besar alam semesta.

Apa Seterusnya untuk Kosmologi FRB

Kerja kolaborasi CHIME baru sahaja bermula. Dengan pelepasan Katalog FRB CHIME Kedua pada Januari 2026, bilangan sumber FRB yang diterbitkan melonjak daripada 861 kepada lebih 4,500 . Setiap letusan baharu menambah satu lagi titik data untuk memetakan web kosmik baryon.

Kerja masa depan akan menggunakan bukan sahaja bilangan FRB tetapi juga lokasi tepat mereka—dibolehkan oleh teleskop CHIME/FRB Outrigger—untuk menentukan dengan tepat kumpulan galaksi mana yang dikelilingi oleh baryon yang hilang dan untuk mengukur sifat awan gas tersebut dengan lebih terperinci .