天文学家终于用快速射电暴找到了宇宙“失踪”的重子物质

MIT领导的团队测量了由加拿大氢强度映射实验（CHIME）探测到的数千个FRB信号的拖曳程度（专业术语称为色散量）。随后，他们将每个FRB的拖曳程度与天空中已知星系的位置进行交叉比对。通过分离出由星系外弥散气体（而非星系本身）造成的拖曳量，他们可以绘制出失踪的重子物质实际所在的位置 。

这种方法之所以强大，是因为FRB起到了宇宙背光的作用。正如MIT的Kiyoshi Masui所解释的：“快速射电暴穿透了星系际介质的‘迷雾’。通过精确评估光线如何减速，我们可以量化那层‘迷雾’，即使它暗淡到无法直接看见” 。

发现揭示了什么

分析产生了几项引人注目的结果，正在重塑我们对星系运行方式的理解。

失踪物质是星系群周围的弥散气体

失踪的重子物质并非以某种奇异物质的形式存在。相反，它是以极低密度的温热气云形式存在——即温热星系际介质（WHIM）——从星系向外延伸到星系际空间中 。

2025年发表于《自然·天文学》的一项补充研究，提供了所有重子物质所在地的完整账目：76%存在于温暖的星系际云中，15%是星系内部及周围的冷气体，仅9%构成了我们所见的全部恒星和行星 。

气体延伸范围远超模拟预测

也许最令人惊讶的结果是，观测到的气体云从星系向外延伸的距离，比大多数计算机模拟的预期要大得多。这一差异至关重要，因为基于标准宇宙学模型的计算机模拟，是宇宙学家检验其对宇宙理解的主要工具之一 。

星系反馈强于预期

气体的这种广泛分布指向了一个根本原因：星系内部的能量过程远比以前认为的要剧烈得多。星系中心的超大质量黑洞会发射强大的喷流，将物质向外抛射；垂死恒星的超新星爆发也是如此。这些联合力量正大规模地将普通物质抛入星系际空间。正如Kiyoshi Masui所说：“这些测量表明，恒星活动以及黑洞的活动，比预测的更强烈、更剧烈” 。

统计稳健性

另一项分析来自arXiv，利用了来自CHIME/FRB的3,455个独特源的数据，发现了FRB信号与十种不同的大尺度结构探针（包括星系、弱引力透镜和宇宙微波背景透镜）之间具有统计显著的相关性（范围在2.6到5西格玛之间）。这证实了在红移高达约1.5（意味着这些气体已经存在了数十亿年）处，探测到了弥散的重子网络 。

为何意义重大

近二十年来，“失踪重子”问题一直是天体物理学中最持久的谜题之一。解开它，验证了宇宙学家所构建的基本图景：普通物质确实就存在于理论预测的地方，只是其存在形式让传统望远镜一直无法看到 。

但这一发现也表明，星系模拟需要进行重大更新。气体出乎意料的广泛分布意味着，模型可能低估了星系向其周围环境注入的能量——来自黑洞和爆炸恒星的这种能量，塑造了每个星系周围的环境。这对从理解星系演化到测量宇宙大尺度结构等方方面面都具有深远影响。

FRB宇宙学的下一步

CHIME合作的工作才刚刚开始。随着2026年1月第二个CHIME FRB星表的发布，已公布的FRB源数量从861个跃升至超过4,500个 。每一次新的爆发都为绘制重子宇宙网增添了新的数据点。

未来的工作将不仅利用FRB的数量，还将利用它们的精确位置——这要归功于CHIME/FRB Outrigger望远镜——来确定哪些星系群周围存在着失踪的重子，并更详细地测量那些气体云的性质 。