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重子物质和宇宙尺度引力的新发现

科学家估计,暗物质和暗能量加在一起占宇宙引力物质的95%,而其余的5%是重子物质,这是由恒星,行星和生物组成的“正常”物质。然而,几十年来,几乎没有发现此问题的一半。

现在,使用一种新技术,包括来自加拿大加纳里亚斯天文学研究所(IAC)的研究人员在内的一个团队表明,这种“缺失的”重子物质以热的低密度气体填充了星系之间的空间。相同的技术还提供了一种新的工具,该工具表明星系经历的引力吸引与广义相对论兼容。

重子物质和宇宙尺度引力的新发现

上图:随着星系运动,电离气体的存在会在微波背景辐射中留下痕迹(左图),通过知道它们的红移波动图(右图)可以知道星系的速度模式,就可以检测到该痕迹。

在设计这项新技术时,研究人员分析了随着星系离我们越来越近,电磁频谱向红色的转变。在宇宙中,移开源显示出更红的光谱,而接近源则向着蓝色转移。这种效应为现代宇宙学提供了必要的数据。大约一个世纪以前,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现,星系的红移越远,它们的移动速度就越高,这是最终导致宇宙大爆炸模型的最初证据。从那时起,这些红移一直被用来寻找到星系的距离,并建立它们在宇宙中分布的三维地图。

重子物质和宇宙尺度引力的新发现

在我们正在报告的工作中,这里已经开发了一种新方法,该方法可以研究星系红移的统计信息,而无需将其转换为距离。研究小组在他们的第一篇文章中表明,这些地图对于宇宙尺度上的星系之间的引力很敏感。在第二篇文章中,同一个团队将这些地图与宇宙微波背景的观测结果进行了比较,从而对宇宙90%的生命中的重子物质进行了首次完整的普查。

重子物质和宇宙尺度引力的新发现

乔纳斯·查韦斯(JonásChaves)解释说:“大多数普通物质对我们来说是看不到的,因为它不够热,无法发射能量。但是,通过使用星系红移图,我们发现所有这些物质都充满了它们之间的空间。” 蒙特罗(Montero)是Donostia国际物理中心(DIPC)的研究员,也是本文的第一作者。

重子物质和宇宙尺度引力的新发现

最后,正如第三篇文章所报道的,研究人员还利用星系的红移图来研究引力的性质。"与以前的方法相比,我们的新方法并非基于将红移转换为距离,而且它对噪音和数据杂质非常可靠。正因如此,它使我们能够高精度地得出结论,这些观测结果与爱因斯坦的引力理论是相容的,"IAC研究员卡洛斯·埃尔南德斯-蒙塔古多说,他是这第三篇文章的第一作者。

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