“在天文館的時候，我一直不明白什麽是重子災難，你們誰能解釋嗎？”

    知道要很長時間，才能回到基地的吳剛問道。

    “你們其他人也想聽？”

    虛妄無奈地看著其他人問道。

    “我無所謂，你不回答，我回答也可以。”

    五號淡定地說道。

    “我沒意見。”

    楚雲說道。

    “我也沒意見。”

    李思特說道。

    “你說吧。”

    虛妄看著五號說道。

    “首先你們要知道，宇宙中的重子對暗物質的比例太大，使得所有類型物質加起來的數量，不可能正好符合暴漲理論最簡單版本的預言和使時空平坦。

    宇宙的大部分物質存在於某種不可見的形態中，這已得到可靠證明。

    但是，當理論家愉快地以加進了冷暗物質、熱暗物質、imp和混合暗物質等稀罕之物的各種數學模型自娛時，

    觀測家卻在慢慢揭示一個可厭的真理。

    盡管宇宙中確實有一些暗物質，卻可能不如某些受到偏愛的模型暗示的那麽多。”

    五號說道。

    “宇宙大爆炸啊，怎麽說？”

    吳剛問道。

    “你們要知道，標準的熱大爆炸模型認為，宇宙中的物質應該很接近於既能使時空平坦、又正好防止它永遠膨脹所需要的臨界數量。

    但是，早期宇宙中輕元素如何形成的理論，限製普通重子物質的密度隻有這一數值的大約1／20，其餘的宇宙絕大部分則由某種奇異粒子如軸子組成。

    這些粒子的存在雖然由標準粒子物理學理論所預言，但從未被直接觀測到。”

    五號說道。

    “怎麽說？”

    李思特問道。

    “在很多科學家喜愛的冷暗物質宇宙模型中，暗粒子對亮物質的引力影響導致了各種結構的產生，先是小尺度的，隨著宇宙的演化，尺度越來越大。

    暗物質的證據來自各種不同尺度上的觀測。

    在我們銀河係內，不可見物質至少同可見物質一樣多。

    但對麥哲倫雲中恒星的引力透鏡效應觀測表明，暗物質的這一特定成分可能是重子物質，既可以是大行星，也可以是叫做褐矮星的黯淡小質量恒星。”

    五號說道。

    “這個就是證據？”

    四號問道。

    “這是根據恒星和氣體雲繞旋渦星係外圍運動的速率，也得到了存在更廣延暗物質暈的證據，但這些仍然可能是重子物質。

    當我們著眼於單個的星係時，確實完全沒有必要乞靈於cdm。

    然而，沒有理由認為星係的內含物能夠代表整個宇宙。”

    五號解釋道。

    “你最後的論點，又能說什麽？”

    李思特問道。

    “你們要知道，當一個原星係開始坍縮時，它應該已經含有了一般的重子物質混合物再加上暗物質。”

    五號說道。

    “為什麽要加上暗物質？”

    楚雲問道。

    “你們要知道，暗物質是冷的，就是說它的個別粒子的運動與光速相比是慢的，但與重子物質一樣具有足夠能量產生壓力，將它們擴散到一個大空間中。

    重子因輻射電磁波而損失能量，所以它們很快冷卻。

    氣體雲的重子成分失去熱的支持，便下沉到原星係雲的中央，形成了我們今天看到的星係。

    這就使得不能冷卻的暗物質擴散到一個大得多的範圍。”

    五號說道。

    “得出了什麽結論？”

    李思特問道。

    “結果是，要找到更具代表性的混合物質，我們必須考察更大的、更晚形成且冷卻作用較小的結構。”

    五號說道。

    “你說的是星係團？”

    楚雲問道。

    “是的，你們要知道，一個典型的富星係團可能包含1 000個星係，支持它們對抗引力的是它們的無規速率。

    利用星係運動引起的多普勒效應，測出無規速率可超過1 000公裏每秒。

    多普勒效應使得星係波譜中的特征不是向藍端就是向紅端位移。”

    五號說道。

    “但是你要知道，這與宇宙膨脹產生的紅移無關，後者必須從這些測量中扣除。”

    虛妄提醒道。

    “多普勒效應，會讓令星係的動能等於它們的引力勢能，就可以估計出星係團的總質量。

    這樣的計算最早是弗裏茨·茲威基在1930年代完成的，他得出了當時令人驚奇的結論：星係隻占總質量的很小部分。

    也因為這個結論，致使許多天文學家將茲威基的發現忽略了幾十年之久。”

    五號說道。

    “為什麽？”

    楚雲問道。

    “因為，在當時既沒有粒子物理學實驗背景，又缺少今天已知的宇宙模型的情況下，天文學家如果熱心於試圖通過觀測將這種失蹤物質證認為熱氣體的話，應該說是情理之中。

    然而卻沒有人這麽做，這也許是因為氣體的物理條件，使它不能用任何當時的手段探測到。”

    五號說道。

    “然後呢？”

    楚雲問道。

    “你們要知道，氣體粒子的運動速率與星係的相近，這相當於氣體溫度約1億度，足以從原子核剝去除束縛最牢固的以外的全部電子，留下帶正電荷的離子。

    這種電離氣體的輻射主要在可被地球大氣吸收掉的x射線波段。”

    五號說道。

    “然後呢？”

    楚雲問道。

    “這就要從，1970年代發射x射線衛星天文台之後，才發現星係團是非常明亮的），是不能忽略。

    現在已經知道，icm是星係團的一個很重要的成分。

    它不單是含有比星係更多的物質，它的溫度和空間分布還可用來查找引力勢，因而能夠以比單用星係高得多的精度算出星係團的總質量。”

    五號說道。

    “怎麽才能知道氣體的總質量？”

    吳剛問道。

    “要得到氣體的總質量，需要考察輻射速率。

    這一輻射是相反電荷粒子之間的碰撞產生的，因而依賴於氣體密度的平方。

    我們觀測的是投影發射，就是假設星係團是球對稱的並被壓扁在天空平麵上，這樣比較容易進行換算以求出密度如何隨著離星係團中心的距離而變化。

    結果發現氣體延伸範圍比星係寬廣得多，在有些情況下可追蹤到離星係團中心幾百萬光年之處。”

    五號說道。

    (本章完)

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