天聞?lì)l道
我們所居住的銀河系有著許多疑點(diǎn)。此前觀測(cè)表明，銀河系由暗物質(zhì)主導(dǎo)，而普通物質(zhì)（即重子）大概僅占銀河系總質(zhì)量的6%。這個(gè)比列大大高于大爆燃核合成理論所預(yù)言的宇宙重子比列（16%），而解決這個(gè)銀河系失聯(lián)重子之謎的關(guān)鍵之一，是精確檢測(cè)銀河系的總質(zhì)量。
12月17日，據(jù)媒體報(bào)導(dǎo)，由中國(guó)科大學(xué)北京天文臺(tái)研究員郭福來(lái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，提出了一種檢測(cè)銀河系總質(zhì)量的新方式。科研人員首次借助銀河系周?chē)求w周介質(zhì)（指星體盤(pán)之外、星系暈中位力直徑以內(nèi)的介質(zhì)）中的熱二氧化碳體溫檢測(cè)了銀河系總質(zhì)量。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《天體化學(xué)學(xué)刊物快報(bào)》上。
往年人類(lèi)對(duì)銀河系質(zhì)量的檢測(cè)，主要基于觀測(cè)到的銀河系盤(pán)或暈中星體、星團(tuán)與衛(wèi)星星體的旋轉(zhuǎn)或隨機(jī)速率。銀河系質(zhì)量越大，這種無(wú)碰撞天體在平衡狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)得越快。到目前為止，測(cè)得的銀河系質(zhì)量大概是太陽(yáng)質(zhì)量的一萬(wàn)億倍。而且，不同的觀測(cè)方式給出的銀河系總質(zhì)量偏差一直十分大，可以小到五千億倍太陽(yáng)質(zhì)量以下，也可以大到兩萬(wàn)億倍太陽(yáng)質(zhì)量以上。
郭福來(lái)團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的檢測(cè)方式，她們把銀河系暈中的熱二氧化碳作為檢測(cè)銀河系質(zhì)量的探針。自1950年以來(lái)，天文學(xué)家發(fā)覺(jué)了許多不同的觀測(cè)證據(jù)，表明銀河系周?chē)嬖谥罅繌浬⒌陌偃f(wàn)度低溫?zé)岫趸迹赡苎诱沟綌?shù)十萬(wàn)光年之遠(yuǎn)。這個(gè)熱二氧化碳暈的總質(zhì)量尚不確定，但可能占銀河系失聯(lián)重子的很大一部份。
近幾年天體物理學(xué)雜志 銀河系智能文明數(shù)量，該團(tuán)隊(duì)詳盡研究了銀河系熱二氧化碳暈的空間濕度、密度分布與觀測(cè)特點(diǎn)，以及與銀河系中各類(lèi)能量爆發(fā)過(guò)程的互相作用。
依據(jù)該研究，銀河系熱二氧化碳暈漸趨穩(wěn)定狀態(tài)后的氣溫分布受銀河系總質(zhì)量的影響最敏感，而熱二氧化碳暈總質(zhì)量及其所含重元素產(chǎn)率對(duì)其幾乎沒(méi)有影響。銀河系質(zhì)量越高，熱二氧化碳暈的濕度就越高。
銀河系中的星體幾乎不互相碰撞，而熱二氧化碳暈中的等離子體粒子之間會(huì)互相碰撞。在這一新方式中，熱二氧化碳?xì)鉁卮媪藷o(wú)碰撞天體的速率，成為檢測(cè)銀河系質(zhì)量的關(guān)鍵化學(xué)量。借助X射線太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的銀河系熱二氧化碳暈體溫，該方式檢測(cè)到的銀河系總質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量的1.2—3萬(wàn)億倍。
新方式檢測(cè)的銀河系質(zhì)量在太陽(yáng)質(zhì)量的一萬(wàn)億倍以上，這個(gè)值具有深遠(yuǎn)的重要意義。
首先，它暗示著銀河系的小型衛(wèi)星星體，比如大小麥哲倫星云和獅子座一號(hào)矮球形星體，都被銀河系禁錮著。由于假如銀河系質(zhì)量比一萬(wàn)億倍太陽(yáng)質(zhì)量低，它們將不受銀河系的引力禁錮。
其次，這意味著即便把熱二氧化碳暈考慮進(jìn)來(lái)，銀河系仍缺位很大比列的重子。這種缺位的重子可能存在于銀河系暈之外，或則正處于仍未被偵測(cè)到的冷氨氣狀態(tài)。假如銀河系質(zhì)量比一萬(wàn)億倍太陽(yáng)質(zhì)量低，這么銀河系將沒(méi)有失聯(lián)重子問(wèn)題。
最后，它暗示著宇宙學(xué)中所謂的“大而不能失敗”問(wèn)題依舊嚴(yán)峻，可能挑戰(zhàn)現(xiàn)代宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中的冷暗物質(zhì)理論。
“大而不能失敗”問(wèn)題，指在宇宙學(xué)模型中，銀河系中應(yīng)當(dāng)存在一些比目前觀測(cè)到的衛(wèi)星星體質(zhì)量更大、且內(nèi)區(qū)物質(zhì)密度更高的衛(wèi)星星體。理論上，應(yīng)當(dāng)沒(méi)有哪些機(jī)制會(huì)造成我們看不到這種質(zhì)量比較大的衛(wèi)星星體，但目前人類(lèi)還未觀測(cè)到過(guò)大質(zhì)量的衛(wèi)星星體，理論預(yù)期與觀測(cè)實(shí)際相矛盾，形成了宇宙學(xué)中的“大而不能失敗”問(wèn)題。假如銀河系質(zhì)量高于太陽(yáng)質(zhì)量的1萬(wàn)億倍，標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言將與觀測(cè)相符，“大而不能失敗”問(wèn)題也就消失。
“此次研究最重要的貢獻(xiàn)，其實(shí)是它提供了一種完全獨(dú)立的方式來(lái)檢測(cè)銀河系總質(zhì)量。與傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方式相結(jié)合天體物理學(xué)雜志 銀河系智能文明數(shù)量，它可以對(duì)銀河系質(zhì)量作出更精確的檢測(cè)。”郭福來(lái)總結(jié)道。
（據(jù)中國(guó)科大學(xué)北京天文臺(tái)官網(wǎng)）
