迄今为止，宇宙中大部分可见物质神秘消失了。
天文学家利用被称为快速射电暴 (FRB) 的强大宇宙无线电信号，终于定位到了隐藏在星系间的这种难以捉摸的物质。
暗物质与普通物质
宇宙中大部分物质都是看不见的，只能通过它对引力的影响来探测。这种形式被称为暗物质。相比之下，我们从原子、行星到人类所更熟悉的物质类型，只占所有物质的16%。这种物质被称为普通物质或“重子”物质，会发光，因此可以被观察到。然而，其中大部分物质分布非常稀薄，要么在星系周围的晕圈中，要么在星系之间遥远的空间中漂浮。
由于暗物质分布广泛，科学家长期以来只能探测到其中大约一半。这“丢失”的一半一直无法解释——直到现在。
快速射电暴照亮宇宙
在《自然·天文学》杂志上发表的一项研究中，加州理工学院和哈佛-史密森天体物理学中心 (CfA) 的研究人员报告称，他们首次成功发现并测量了此前缺失的普通物质。为此，他们利用了来自太空的无线电波爆发，即快速射电暴 (FRB)，这是一种在数十亿光年范围内传播的短暂而强烈的能量闪光。
“快速射电暴穿透了星际介质迷雾的笼罩，通过精确测量光线减速的情况，我们可以称量那片迷雾，即使它太微弱而难以被看见，”哈佛大学助理教授、该研究的主要作者利亚姆·康纳（Liam Connor）说道。康纳在担任加州理工学院研究助理教授期间与加州理工学院天文学助理教授维克拉姆·拉维（Vikram Ravi）合作完成了大部分工作。
创纪录的快速射电暴揭示隐藏结构
该研究团队研究了69个不同的快速射电暴（FRB），它们分别位于距离地球约1174万光年至91亿光年的范围内。该研究中最远的一个快速射电暴被称为FRB 20230521B，是迄今为止记录到的最远的快速射电暴。尽管迄今为止已发现1000多个快速射电暴，但其中只有约100个能被追溯到它们起源的星系。对于研究人员的测量而言，这个特定的子集（即位置和距离都已确定的快速射电暴）至关重要。
在分析中使用的69个快速射电暴（FRB）中，有39个是用深空综合阵列-110（DSA-110）探测到的。DSA-110是一个由110台射电望远镜组成的网络，由国家科学基金会资助，以加州理工学院位于加州主教附近的欧文谷射电天文台为基地。DSA-110是专为探测和精确定位快速射电暴而建造的。在发现这些快速射电暴后，研究团队又使用了其他望远镜进行观测，包括夏威夷凯克天文台和圣地亚哥附近的帕洛马天文台，以测量这些快速射电暴的起源距离。剩下的30个快速射电暴是由世界各地的望远镜探测到的，其中大多数是由澳大利亚平方公里阵列探路者（ASKAP）探测到的。
通过无线电阴影观测宇宙
尽管这些快速射电暴 (FRB) 本身极具魅力，但本研究却利用它们来探测缺失的普通物质；而其他技术仅暗示了其存在。当射频光从快速射电暴传播到地球时，光会像棱镜将阳光变成彩虹一样分散成不同的波长。这种分散的程度取决于光线路径中的物质数量。
拉维（Ravi）说：“这就像是我们看到了所有重子的阴影，而快速射电暴就是背光。”“如果你看到面前有一个人，你可以了解到关于这个人的很多事情。但如果你只看到了他的影子，你仍然知道那里有个人，以及他大概有多大。”
大多数普通物质存在于星系之间
研究结果显示，宇宙中 76% 的普通物质位于星系之间的空间内，即星系际介质。约有 15% 的物质位于星系晕中，其余物质则集中于星系内部——恒星或冷星系气体中。这一分布与先进的宇宙学模拟预测结果一致，但直到现在才得到观测证实。
这些发现将有助于研究人员更好地了解星系是如何演变的，同时也展示了快速射电暴（FRB）如何解决宇宙学中的难题，包括确定被称为中微子的亚原子粒子的典型质量。（中微子的质量取决于重子聚集的程度。）物理标准模型预测，中微子应该没有质量，但观测结果表明，这些粒子确实拥有极小的质量。因此，了解中微子的确切质量，可能会带来超越粒子物理标准模型的新物理学。
快速射电暴宇宙学的光明前景
据拉维（Ravi）称，这只是快速射电暴在宇宙学应用领域的开端。未来，目前正处于规划阶段的加州理工学院位于内华达沙漠的DSA-2000射电望远镜将以此类研究为基础。该射电望远镜阵列每年将发现和定位多达10,000个快速射电暴，极大地提升它们作为普通物质探测手段的作用，并加深我们对极端爆炸现象的整体认识。
进一步探索：宇宙之谜解开：天文学家发现了宇宙中“失踪”的物质
参考文献：2025年6月16日发表于《自然·天文学》的文章《通过缺失重子的划分揭示富含气体的宇宙网》，作者为利亚姆·康纳、维克拉姆·拉维、克里蒂·夏尔马、斯特拉·科赫·奥克、雅各布·法伯、格雷格·哈利南、查理·哈纳克、格雷格·赫尔堡、里克·霍布斯、大卫·霍奇、马克·霍奇斯、尼基塔·科索戈罗夫、詹姆斯·兰姆、凯西·劳、保罗·拉斯穆森、迈尔斯·谢尔曼、让·索马尔瓦尔、桑德尔·温赖布、大卫·伍迪和拉尔夫·M·科尼茨卡。数字对象唯一标识符：10.1038/s41550-025-02566-y。
本研究由国家科学基金会资助。其他加州理工学院作者包括克里蒂·夏尔马（理学硕士’24）、斯特拉·科赫·奥克、雅各布·法伯（理学硕士’24）、格雷格·哈利南、查理·哈纳赫、格雷格·赫尔堡、里克·霍布斯、大卫·霍奇、马克·霍奇斯、尼基塔·科索戈罗夫（理学硕士’24）、詹姆斯·兰姆、凯西·劳、保罗·拉斯穆森、迈尔斯·谢尔曼、琼·索马尔瓦尔、桑德尔·温赖布和大卫·伍迪。
不要错过任何一项突破：订阅SciTechDaily新闻简报。
