神秘之光何来？宇宙光源与观察量差4倍(图)

计算机模拟“昏暗宇宙”（左）和“明亮宇宙”（右）的星系间氢气，发现明亮宇宙所需的高能光子是昏暗宇宙的5倍。哈勃太空望远镜观察到的氢离子情况匹配右图宇宙；但用已知的紫外光源，则只能产生左图宇宙。（Credit: Ben Oppenheimer and Juna Kollmeier）

宇宙中出了什么差错？最新研究发现，目前已知的星系群和类星体发出的紫外光，远远不足以产生观察到的星系间氢气量，整整少了四倍。“就像你来到一间灯火通明的大房间里，但你环顾四周，只看到几只40瓦的灯泡，光从哪里来？我们找不到它的来源。”

这是美国卡内基科学研究所的科梅尔（Juna Kollmeier）的疑问，她是这项研究的主要作者。研究小组分析了弥合星系间空白空间的氢离子分布。当氢原子被高能量紫外线击中时，会从电中性的氢原子转变成带电氢离子，能把中性氢转变成氢离子的光子称为“电离光子”，主要来自类星体和最热的年轻恒星。因此星系间氢离子可以作为精确的“计光器”。

当天文学家发现存在太多氢离子时很惊讶，因为超过了紫外线能够生成的氢离子数量，而且这个差距是惊人的400％。奇怪的是，这种不匹配只出现在人类相对比较了解的附近宇宙中。

科学家将望远镜对准数十亿光年之远的星系，看到的是宇宙年轻时的情况，发现早期宇宙中紫外线的量符合电离氢原子需要的量，但在近处为何差距如此之大实在令科学家困惑不解。

研究人员对哈勃太空望远镜宇宙起源光谱仪的观测数据进行了分析，并把分析结果和超级计算机模拟的星系间氢离子量进行了对比，从而发现了这种差异。

观测表明，年轻恒星发出的电离光子几乎都被其宿主星系气体所吸收，几乎不可能逃逸出来影响到星系间的氢气。已知的类星体的数量也远远不够产生足够紫外线来产生观测到氢离子的量。

论文合著者科罗拉多大学的奥本海默（Ben Oppenheimer）说：“模型完美地符合早期宇宙中的数据，如果我们可以假设这些额外的光真的存在，模型也极好地符合附近的宇宙”。“也可能模型没有反映出真实情况，如果是这样，也同样让我们惊讶，因为星系间氢气是我们自认为我们最了解的宇宙成分。”

奥本海默说：“我们计算了已知来源的紫外线电离光子，发现少了四倍”。“80％的电离光子从何而来？很可能有新来源，不是类星体或光子逃逸的星系”。

把星系结合在一起的神秘暗物质可能与神秘之光有关联，比如暗物质衰变并发光。论文合著者马萨诸塞大学的卡茨说：“如果认真地考虑暗物质衰变，它是一场危机！”

无论如何，天文学家将努力阐明神秘之光来源。研究结果发表在 《天文物理期刊通讯（Astrophysical Journal Letters）》上。