宇宙最暗区域的质子浦度

宇宙的原始稀疏区域——宇宙空洞——是强大的宇宙学实验室，对暗能量、修正引力和轻子质量极其敏感，然而其质子浦度却鲜有被描述。我们首次给出宇宙空洞内部质子浦度的观测约束，利用快速射电暴（FRB）的色散测度（DM）作为自由电子柱量的指示器，独立于气体相位、温度和金属丰度。通过对3,455个CHIME/FRB射线堆叠在1,288个SDSS BOSS空洞上（红移 $0.2 < z < 0.7$），我们测得空洞中心处DM缺失，达到3.2倍标准置信水平，确立了稀疏的质子在宇宙网最空的角落以被压制的水平存在。测得的信号幅度与直接基于这些空洞中观察到的星系稀疏度构建的有效宇宙模型相符，以及与FRB DM-红移关系校准的质子模型（$\alpha_v = 1.80 \pm 0.87$）。均匀密度的空洞模型给出电子密度对比 $\delta_\mathrm{e,v} = -0.58 \pm 0.30$，意味着空洞内部质子浦度相对于宇宙平均值约为60%下降。联合解释我们的FRB测量结果与对空洞的热Sunyaev-Zel'dovich效应叠加现有观测，进一步将空洞平均气体温度限制在 $T_\mathrm{e} \lesssim (1.1 \pm 0.7) \times 10^6$ K，指向一种温暖-热稀疏相态，符合流体力学模拟的预测。随着即将到来的FRB（CHORD、DSA、SKA）和星系（DESI、LSST、Euclid、PFS-Subaru、SPHEREx、Roman）调查将两者样本数量膨胀至数量级，此方法开启了 tomographic 质子映射的新窗口，对主导气体驱逐至低密度环境的反馈模型，以及从宇宙空洞中提取宇宙学约束具有直接意义。