Астрономи знайшли місцезнаходження «відсутньої» матерії Всесвіту

Використовуючи швидкі радіосплески (FRB) як орієнтири, астрономи довели, що понад три чверті матерії Всесвіту, якої «не вистачає», приховано в розрідженому газі між галактиками.

Про відкриття розповідають в Гарвард-Смітсонівському Центрі астрофізики (CfA), передають OstanniPodii.com.

Астрономи CfA спільно з колегами з Каліфорнійського технологічного інституту (Калтех), використали нові дані, щоб вперше детально виміряти розподіл звичайної матерії в космічній павутині. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Astronomy.

Протягом десятиліть вчені знали, що принаймні половина звичайної, або баріонної, матерії Всесвіту, що складається переважно з протонів, була нез′ясованою. Раніше астрономи використовували такі методи, як рентгенівське випромінювання та ультрафіолетові спостереження віддалених квазарів, щоб знайти сліди величезних обсягів цієї зниклої маси у вигляді дуже розрідженого, теплого газу між галактиками. Оскільки ця матерія існує у вигляді гарячого газу з низькою щільністю, вона була практично невидима для більшості телескопів, тому вчені могли лише оцінювати, але не підтверджувати її кількість або місцезнаходження.

Тут на допомогу прийшли FRB — короткі яскраві радіосигнали з віддалених галактик, які, як нещодавно довели вчені, можуть вимірювати баріонну матерію у Всесвіті, але досі не могли визначити її місцезнаходження.

У новому дослідженні вчені проаналізували 60 FRB, віддалених на відстань від ~11,74 мільйона світлових років — FRB20200120E в галактиці M81 — до ~9,1 мільярда світлових років — FRB 20230521B, найвіддаленішого FRB, про який відомо. Це дозволило їм визначити місцезнаходження відсутньої матерії в просторі між галактиками, або міжгалактичному середовищі.

«Десятиліттями існувала "проблема відсутніх баріонів", але вона ніколи не стосувалася існування цієї матерії», — каже Ліам Коннор, астроном CfA та головний автор нового дослідження. «Питання завжди було: де вона? Тепер, завдяки FRB, ми знаємо: три чверті цієї матерії плаває між галактиками в космічній павутині». Іншими словами, вчені тепер знають адресу «відсутньої» матерії.

Вимірюючи, наскільки кожен сигнал FRB сповільнювався під час проходження через космос, Коннор і його команда відстежували газ протягом його подорожі. «FRB діють як космічні ліхтарики», — каже Коннор, який також є доцентом астрономії в Гарварді. «Вони світять крізь туман міжгалактичного середовища, і, точно вимірюючи, як світло сповільнюється, ми можемо зважити цей туман, навіть якщо він занадто тьмяний, щоб його побачити».

Результати були очевидними: приблизно 76% баріонної матерії Всесвіту знаходиться в міжгалактичному середовищі. Близько 15% знаходиться в гало галактик, а невелика частина — у зорях або серед холодного галактичного газу.

Цей розподіл відповідає прогнозам сучасних космологічних моделювань, але досі не був безпосередньо підтверджений.

«Це тріумф сучасної астрономії», — сказав Вікрам Раві, доцент кафедри астрономії Калтеху та співавтор дослідження. «Завдяки FRB ми починаємо бачити структуру та склад Всесвіту в абсолютно новому світлі. Ці короткі сплески дозволяють нам відстежувати невидиму матерію, яка заповнює величезні простори між галактиками».

Пошук відсутніх баріонів — це не просто складання адресної книги чи проведення перепису. Їхній розподіл є ключем до розгадки глибоких таємниць про те, як утворюються галактики, як матерія згущується у Всесвіті та як світло подорожує через мільярди світлових років.

«Баріони притягуються до галактик гравітацією, але надмасивні чорні діри та вибухи зірок можуть виштовхувати їх назад — як космічний термостат, що охолоджує все, якщо температура стає занадто високою», — каже Коннор. «Наші результати показують, що цей зворотний зв′язок має бути ефективним, виштовхуючи газ із галактик у міжгалактичний газ».

І це лише початок для космології FRB. «Ми вступаємо в золотий вік», — сказав Раві, який також є співкерівником проєкту Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) Калтеху. «Радіотелескопи нового покоління, такі як DSA-2000, Канадська воднева обсерваторія та детектор радіотранзієнтів, виявлять тисячі FRB, що дозволить нам скласти надзвичайно детальну карту космічної павутини».

• Швидкі радіосплески