夜空中有无数明亮的星星，帮助人们认识宇宙，也为天文学家测量银河系内的物质创造了条件。天文学家将宇宙中所有能测量到的普通物质（例如星系、恒星，气体）加起来后，发现其总质量只是理论模型预测的一半。这些普通物质都属于重子物质（例如质子、中子等），日常生活中我们接触到的所有物质都属于重子物质。另一半“丢失”的重子物质被认为主要以冷暗云的形式存在，以致于地球的望远镜几乎无法直接探测到。 

　　近期，悉尼大学王远明博士主导的一个研究工作发现了五个强烈闪烁的星系，它们在天空中以不同寻常的方式排列，揭露了银河系一个不可见的气体云的存在，作者分析认为这个气体云由银河系“丢失”的重子物质组成。相关工作已发表在国际顶级天文期刊《英国皇家天文学会月刊》（MNRAS）。 

　　寻找隐藏的气体云 

　　恒星在夜空中会“一闪一闪”，这是因为它的光线经过地球大气的湍流时，发生多次折射，造成其亮度看起来会发生变化。罕见的是，星系也会“闪烁”，而造成星系闪烁的是银河系中的气体湍流。能够发生闪烁的遥远星系普遍拥有致密的核区，被称之为活动星系核。天文学家可以利用强烈闪烁的活动星系核来研究银河系中湍流的气体，而问题在于，这样强闪烁的星系十分难捕捉。 

　　澳大利亚平方公里阵列探路者（简称ASKAP）是一个强大的射电巡天观测望远镜。它的视场很大，一次可以观测30平方度的天空，而且灵敏度很高，所以单次观测就可以探测到数万个星系，使得寻找强闪烁星系成为可能。 

　　从海量数据中挖掘宝藏 

　　ASKAP的观测会产生巨大的数据量，一次十小时的观测就高达1TB的数据，对科学计算提出了很大的挑战，需要依靠高性能的计算集群进行分析处理。中国SKA区域中心原型机（简称CSRCP）以其优异的性能完美地满足数据处理的需求。CSRCP是在中国科技部和中国科学院共同资助下，在SKA中国办公室指导下，由中国科学院上海天文台作为责任单位自主研制的。CSRCP共有170 TFlops(双精度)计算能力，4.5PB高性能分布式存储，单个计算节点最高达96颗核，支持高度并发的多任务处理，每个节点配置最高达1TB的内存，配以100G IB高速网络和并行文件系统，有效缓解了天文大数据处理中的I/O瓶颈，非常适合数据密集型科学计算。CSRCP配备高速国际网络，与澳大利亚等国际SKA区域中心节点连接，支持高速跨洲际数据传输。使用CSRCP的高性能计算设备极大地缩短了数据处理时间，为科学家开展计算分析以及后续观测计划提供了便利。 

　　王远明团队用ASKAP对同一片天区在近一年内观测了7次，积累了6TB数据量，在这片天区中探测到3万多个星系，利用CSRCP经过为期数月的详细计算分析后，从中发现了六个强烈闪烁的星系（图1-2）。令人意想不到的是，其中5个闪烁星系在天空中连成了一条直线（图3）。这种奇怪的“造型”表明有一条看不见的气体暗云横亘在地球和星系之间，从星系核中发出的光线经过这个气体云，造成它们的强烈闪烁现象。 

图1和图2的中央是两个强烈闪烁的星系，颜色表示它们的亮度。可以看出它们时而变亮（图1，红色），时而暗淡（图2，蓝色）（论文作者提供）。 

　　距离我们13光年的气体云 

　　根据这片天区中数万个不闪烁的星系、和五个强烈闪烁的星系的天空位置，我们可以画出这个气体云的形状和边界。我们发现它十分笔直，至少两度长（相当于四个满月并排的直径），但只有两个角分宽——这非常细，相当于手中一根头发丝的粗细。 

图3 是用ASKAP发现的强闪烁星系的位置分布。五个星系在天空中呈现线性排列。图中每一个黑色的小点都代表一个遥远的天体（论文作者提供）。 

　　这是天文学家首次有能力测量这种气体云的形状。经计算发现它距离地球约13光年，质量和月球质量相仿（约1022千克）。这意味着这些星系核的光线在宇宙中自由旅行了数十亿年，在最后十三年时被银河系的气体云打扰，产生了我们观测到的“闪烁”现象。问题也随之而来：这些气体云从哪里来？为何它的形状可以如此细长？ 

　　一切的起点 

　　当一个恒星过于接近大质量黑洞时，黑洞的巨大潮汐力会将其拉长并撕碎。天文学家预测在这个过程中，恒星的残骸会形成细长的气体云——其形状与我们观测到的气体云类似。但是另一个问题随之出现：没有黑洞距离我们如此之近，就连最近的黑洞也有一千光年左右的距离。 

　　于是作者提出了另一个看上去更加可行的解释：一个由氢组成的“雪云球”被一个附近的恒星撕碎。这些“雪云球”温度很低，导致氢元素以固态形式存在，而不是我们熟悉的气体。由于温度太低，这类“雪云球”几乎不可能被直接探测到，一直作为理论研究的一种可能性而存在，尚未有确凿的观测证据。天文学家认为这些“雪云球”可能由银河系中“丢失的”重子物质组成。 

　　利用超级望远镜ASKAP和超级计算机CSRCP，天文学家得以对银河系中“丢失”的重子物质开展十分详细的观测研究。据悉，该团队正在开展更大规模的深度巡天，将类似的分析应用在更大规模的数据，并有望据此制作一张银河系的冷暗“云图”。有了这张“云图”，就可以知道这些冷暗云的数量和分布，以及它们对于银河系演化的可能影响。 

　　作者介绍： 

　　王远明，悉尼大学博士在读，硕士毕业于中科院上海天文台。目前主要在悉尼大学ASKAP/VAST团组从事射电暂现源搜寻工作，主要研究对象有星际闪烁、脉冲星、射电耀星等。 

　　论文链接：Yuanming Wang, Artem Tuntsov, Tara Murphy, Emil Lenc, Mark Walker, Keith Bannister, David L Kaplan, Elizabeth K Mahony, ASKAP observations of multiple rapid scintillators reveal a degrees-long plasma filament, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021;, stab139, https://doi.org/10.1093/mnras/stab139 

　　国际版新闻链接：“5 twinkling galaxies help us uncover the mystery of the Milky Way’s missing matter”  https://theconversation.com/5-twinkling-galaxies-help-us-uncover-the-mystery-of-the-milky-ways-missing-matter-153650  

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