外观
Cosmic Baryons
The Composition of the Universe
宇宙由暗物质、暗能量和重子物质组成.
我们不能只研究暗物质和暗能量，实际上我们能够观测到的大多数都是重子物质，我们需要对它们有足够的了解.
Most Baryons are still in gas phase in the local Universe, but the gas is not forming stars.
按照时间，星系中的气体物质占比越来越小，但是气体物质一直都是占比最高的物质状态. 虽然我们观测到 等元素的质量密度占比减少，但是我们的星体密度也在降低，所以这些气体并不是因为形成星体而减少.
Q1：Why does gas stop forming stars？
不同的星系类型：
- Spiral Galaxies：盘状的星系，有旋臂，富有气体和尘埃.
- Elliptical Galaxies：椭圆星系，含有比较古老的星体，气体比较少.
- Irregular Galaxies：混沌的形状，富有气体和尘埃，一般是正在经历星体的形成.
- Lenticular Galaxies：没有大型的旋臂，但是也是盘状的，只有少部分形成星体的气体.
- Peculiar Galaxies：奇怪的形状和拓扑，一般是有复杂的引力作用或者是两个星系碰撞形成.
Q2：What drives the diversity of galaxies？
在大尺度上，星体的质量曲线和我们所预期的均匀分布不一样，而是在两端都有一个「feedback」现象.
另外，我们找到大型螺旋星系中气体出现堆积现象 (accretion).
feedback 和 accretion 效应给出了上面两个问题的一种可能答案，但是也产生了第三个疑问，Q3：How does gas shape galaxy evolution？
一开始气体是球形聚集的，但是在引力作用下气体球逐渐收缩、角动量占据主导作用，将球形逐渐压缩为盘状，同时引力势能在这个过程中逐渐丢失，最后得到堆积在中心盘面上的大量气体、密度比之前高很多.
在星系演化过程中，气体不仅合成了星体，同时也是黑洞生长的重要燃料.
星体也在气体的循环过程中起到 feedback 作用. 老年的星体产生超新星爆炸等，将气体交还给星系；大型的爆炸给出一个巨大的球状气体晕，使得气体的分布回到早期星系的状态.
大型黑洞的作用更为强烈，它们的喷流可以给出很大的动能，使得气体获得能够逃出暗物质晕的速度，逃逸到宇宙空间.
上面三个问题的回答：
Q1：气体要形成星体，我们需要引力、需要 collapse. 但是黑洞喷流、超新星爆炸，很多因素在阻碍气体的压缩.
Q2：初始条件不同、形成过程中可能受到撞击等等，很多时候我们很难得到相同类型的星系.
Q3：就像我们上面说的，「宇宙生态系统」中需要气体来进行循环.
但是我们现在遇到的问题是，星系正在丢失它们的重子. 这个问题和我们之前的三个 open question 是相关的：实际上并没有重子物质消失，而是被抛射到了我们无法观测的地方.
Observations of Multiphase Diffuse Gas
我们在实际的观测中，需要用不同的方式来得到不同 phase 气体的信息. 虽然现在观测的误差比较大，但是我们还是获得了不少有用的信息.
Cool Neutral Gas：
我们使用大型的射电望远镜来观测冷原子气体，比如著名的天眼 (FAST). 这里的探测精度取决于著名的 Rayleigh 判据，正比于 .
(电离氢原子，也就是质子) 可以作为一个 galaxy and CGM interface 的追踪方式.
离子气体和冷原子气体有比较强的辐射，我们也可以使用无线电阵列来进行探测，实际上 FAST 周围也将要建造很多小型的射电望远镜.
对于冷离子气体，可以通过光谱来检测；另一个方式是我们所说的 Integral Field Spectrograph in Optical (集成视场摄谱仪)，它通过将画面分割、分别采集光谱、最后积分合成的方式得到比较精确的图像.
hot gas 会产生 X-ray，我们能够用这种方式探测温度较高的气体.
子弹星系团的形成？
对于大型的星系团，在它们相互碰撞时，暗物质会相互穿过；但是气体会 collapse，和暗物质的行为不太一样，这是暗物质存在的证据.
我的问题：如果这些抛射的重子物质被其他气体团的引力所吸引，那么之后还是会回到星系体系中，这里的所有重子物质都应该是守恒的，观测上不应该说「重子物质消失了」才对.
注意，我们在大尺度上还有暗能量，宇宙正在越来越被暗能量所主导，在加速膨胀的环境下，抛射出的重子物质不一定有机会回到星系中. 这正是我们说「重子物质消失」的原因.
更新日志
2025/10/21 07:52
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