客观日本

日本通过哈勃太空望远镜图像发现新型天体,或为占宇宙物质一半的“缺失重子”

2019年08月08日 海洋宇宙

日本东京都市大学知识工学部副教授津村耕司与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)宇宙科学研究所名誉教授松本敏雄,共同对哈勃太空望远镜拍摄的包括目前人类掌握的最黑暗天体在内的天文图像(哈勃极端深空视场)实施了波动解析,发现存在大量很可能是新类型的天体。

这些天体具有以下特征:

・ 无法与点源区分开,是非常小的天体(直径在30光年以下);

・ 是非常黑暗的天体(表观等级比30级还要暗),比银河系内最黑暗的恒星还要暗(也就是说不是恒星);

・ 结合其他γ射线观测结果来看,应该是在大约13亿年前突然变亮,然后在数亿年内变暗的;

・ 推算质量和光度分别约为太阳的300倍和1,000倍;

・ 是大量存在的天体(推算全天最多约有1,000万亿个),远远多于银河的数量。

日本通过哈勃太空望远镜图像发现新型天体 或为占宇宙物质一半的 缺失重子

由于具备以上特征,研究小组将这种新类型的天体命名为“Faint Compact Object(FCO)”。虽然目前尚不清楚其真面目,但研究小组认为物质落入小型黑洞时发光的“微类星体”等可能是FCO。

这项成果已于7月30日发表在《日本天文学会欧文研究报告志》(PASJ: Publications of the Astronomical Society of Japan)的电子版上。

如果可以把宇宙充满多少光作为“宇宙亮度”,就能知道从宇宙诞生到现在,各种星体向宇宙释放的光的总量。而且,通过对“宇宙亮度”的空间分布进行“波动解析”,还可以获得更多信息。

津村耕司副教授等人的研究小组自1990年代以来一直在推进测量“宇宙亮度”的研究,利用宇宙科学研究所发射的红外太空望远镜IRTS及“Akari”发现,在近红外区域,宇宙的亮度及波动大于通过已知天体预测的值。最近,通过为NASA的小型火箭搭载太空望远镜观测发射的CIBER实验确认,即使在可见光区域,天空也比预想中明亮。

由此可以预测,宇宙中还存在我们不知道的“未知光源”。研究小组从这个观点出发,解析了哈勃太空望远镜拍摄的天文图像,得出的结论是,以前被认为是“垃圾”的小而暗的光点可能是宇宙中大量存在的新型天体。

另外,在宇宙中本应存在的“普通物质(重子)”中,有一半尚未被发现,研究人员称之为“缺失的重子”。如果此次发现的FCO能解释为何宇宙亮度要比理论预测更明亮,那么宇宙中就可能大量存在FCO,而这些FCO很可能就是“缺失的重子”。

日本通过哈勃太空望远镜图像发现新型天体 或为占宇宙物质一半的 缺失重子

图2:此次解析使用的哈勃太空望远镜拍摄的图像。左图拍到了很多银河。右图遮住这些天体(遮住比33级明亮的天体),突出强调了“宇宙亮度”。显示出宇宙亮度的空间结构(波动)。角秒是指1度的1/3,600。

日本通过哈勃太空望远镜图像发现新型天体 或为占宇宙物质一半的 缺失重子

图3:缺失的重子。通过最近的天文观测发现,宇宙中充满了未知的“暗物质”和“暗能量”,而我们所熟知的物质“重子”(由原子和分子等构成的普通物质)在宇宙中仅存在5%左右。另外,作为星体、银河和星际气体等观测到的“重子”只有一半左右,另一半尚未发现。这些“尚未发现的重子”被称为“缺失的重子”,探索其真实身份是天文学的重要主题之一。

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文:JST客观日本编辑部翻译整理