在宇宙学的浩瀚画卷中，科学家长久以来一直困惑于“失踪的普通物质”问题。虽然已知宇宙中约有85%的物质是神秘的暗物质，但普通的、由原子构成的物质——即通常所说的重子物质，似乎有一半难以被观测到。近日，一项划时代的研究通过观测快速射电暴（Fast Radio Bursts, FRBs）成功揭示了这部分“失踪”的物质，进一步完善了我们对宇宙结构和演化的认识。快速射电暴是来自遥远星系的短暂、强烈的射电波脉冲，持续时间仅有几毫秒，但能释放出相当于太阳数十年能量的惊人能量。尽管FRBs出现频率极高，且数量已超过千例，但由于其极短暂和随机的性质，科学家直到近年才逐步实现对部分FRBs的精准定位。通过定位这些爆发的具体星系位置，科研人员得以测量信号在穿越星际和星系间介质时的变化，进而推断途中介质的物质含量。
在本次研究中，来自哈佛·史密森天体物理中心的研究团队，带领成员包括加州理工学院的助理教授维克拉姆·拉维，利用69个精确定位且距离已知的FRBs，从距离地球近至数千万光年，远至超过90亿光年的范围内采集数据。通过分析这些射电波通过宇宙中稀薄物质时产生的色散效应，科学家们重新“称重”了散布于星系之间的物质。色散现象类似于光线通过棱镜被分解成彩虹的过程，不同波长的射电波因穿过不同浓度的离子化物质而产生不同程度的延迟。测量这种延迟变化程度，使研究团队成功估算出宇宙中的普通重子物质分布比例。结果显示，约76%的普通物质存在于星系之间的星际介质（Intergalactic Medium, IGM），分布于极为稀薄的云团和暗淡的气体中，构成了被形象称为“宇宙雾”的隐秘结构。大约15%的普通物质聚集在包裹星系的广阔光晕（Halo）中，这些区域由散布的热气体和暗物质构成，而剩余的9%则集中于星系自身，涵盖星星和冷气体等可见成分。
此次成果不仅验证了此前基于数值模拟和理论模型的预测，也为解决困扰宇宙学多年的重子缺口提供了难得的实证证据。历来天文学家在观测宇宙大尺度结构时，习惯将物质分为普通物质和暗物质两大类。其中，暗物质虽然重量巨大，但无法直接被光学探测手段捕捉，只能通过对引力的间接效应推断存在。相对而言，普通物质尽管透明度低，但理论上应可被光线和射线检测到。然而，普通物质的宇宙“藏匿”性能极强，分散在星系间极其稀薄的气体云和星系光晕中，导致我们长久难以追踪。此次研究的突破在于利用FRBs作为“宇宙探照灯”——这些爆发如同强烈的背光源，穿过这些稀薄物质时发生明显的信号色散。
通过对射电波的不同时刻延迟进行精密分析，科学家如同观察一个生动的影子，能推断出物质存在的具体特性和分布范围。此次用于研究的部分FRBs由专门建设的射电望远镜网络——加州理工奥文谷射电天文台（Owen Valley Radio Observatory）的深空巡天阵列（Deep Synoptic Array, DSA）发现，DSA特别设计用于快速捕捉并精确定位FRBs，为研究提供了关键技术支持。同时，澳大利亚平方公里阵列巡天（ASKAP）等其他大型射电望远镜也贡献了不少重要观测数据。通过与位于夏威夷的凯克天文台（W. M. Keck Observatory）和位于美国加州的帕洛马天文台（Palomar Observatory）联合测距，团队确定了FRB信号发源星系与地球的准确距离，保证了研究数据的可靠性。科学家指出，随着技术的进步，未来将能够捕捉到更多数量、距离更远的FRBs。比如加州理工计划兴建的DSA-2000阵列，可望每年定位多达一万次FRBs，极大提升宇宙物质研究的深度和广度。
该技术突破不仅为常规物质的宇宙分布绘制出更清晰的地图，更为研究星系形态形成、气体交换和宇宙大尺度结构提供宝贵信息。理解星际介质中的普通物质如何聚合、流动，关乎星系如何形成恒星、演化和衰亡，是现代宇宙学的核心课题之一。值得关注的是，FRBs的起源问题仍未完全揭晓。它们可能与中子星、黑洞活动甚至宇宙中罕见的天文事件有关，研究其性质不仅有助于解读宇宙物质分布，更打开了观测宇宙新窗口。科学家们期待通过未来的观测，逐步解锁这些宇宙深处闪现的谜团。综合来看，此次利用FRBs发现和验证宇宙失踪普通物质位置的成功，既是现代天文技术的胜利，也是人类理解宇宙物质构成的重要里程碑。
未来，随着观测能力和理论模型的进一步发展，我们有望更好地掌握宇宙演化规律，揭开更多围绕宇宙起源与结构的奥秘。
