Астрономы нашли местонахождение «недостающей» материи Вселенной

Используя быстрые радиовсплески (FRB) в качестве ориентиров, астрономы доказали, что более трех четвертей «недостающей» материи Вселенной скрыто в разреженном газе между галактиками.

Об открытии рассказывают в Гарвард-Смитсоновском Центре астрофизики (CfA), передают OstanniPodii.com.

Астрономы CfA совместно с коллегами из Калифорнийского технологического института (Калтех) использовали новые данные, чтобы впервые детально измерить распределение обычной материи в космической паутине. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

На протяжении десятилетий ученые знали, что по крайней мере половина обычной, или барионной, материи Вселенной, состоящей преимущественно из протонов, была невыясненной. Ранее астрономы использовали такие методы, как рентгеновское излучение и ультрафиолетовые наблюдения удаленных квазаров, чтобы найти следы огромных объемов этой исчезнувшей массы в виде очень разреженного, теплого газа между галактиками. Поскольку эта материя существует в виде горячего газа с низкой плотностью, она была практически невидима для большинства телескопов, поэтому ученые могли только оценивать, но не подтверждать ее количество или местонахождение.

Здесь на помощь пришли FRB — короткие яркие радиосигналы из удаленных галактик, которые, как недавно доказали ученые, могут измерять барионную материю во Вселенной, но до сих пор не могли определить ее местонахождение.

В новом исследовании ученые проанализировали 60 FRB, удаленных на расстояние от ~11,74 миллиона световых лет — FRB20200120E в галактике M81 — до ~9,1 миллиарда световых лет — FRB 20230521B, самого удаленного FRB, о котором известно. Это позволило им определить местонахождение отсутствующей материи в пространстве между галактиками, или межгалактической среде.

«Десятилетиями существовала "проблема недостающих барионов", но она никогда не касалась существования этой материи», — говорит Лиам Коннор, астроном CfA и главный автор нового исследования. «Вопрос всегда был: где она? Теперь, благодаря FRB, мы знаем: три четверти этой материи плавает между галактиками в космической паутине». Другими словами, ученые теперь знают адрес «недостающей» материи.

Измеряя, насколько каждый сигнал FRB замедлялся при прохождении через космос, Коннор и его команда отслеживали газ во время его путешествия. «FRB действуют как космические фонарики», — говорит Коннор, который также является доцентом астрономии в Гарварде. «Они светят сквозь туман межгалактической среды, и, точно измеряя, как свет замедляется, мы можем взвесить этот туман, даже если он слишком тусклый, чтобы его увидеть».

Результаты были очевидны: примерно 76% барионной материи Вселенной находится в межгалактической среде. Около 15% находится в гало галактик, а небольшая часть — в звездах или среди холодного галактического газа.

Это распределение соответствует прогнозам современных космологических моделирований, но до сих пор не было непосредственно подтверждено.

«Это триумф современной астрономии», — сказал Викрам Рави, доцент кафедры астрономии Калтеха и соавтор исследования. «Благодаря FRB мы начинаем видеть структуру и состав Вселенной в совершенно новом свете. Эти короткие всплески позволяют нам отслеживать невидимую материю, которая заполняет огромные пространства между галактиками».

Поиск отсутствующих барионов — это не просто составление адресной книги или проведение переписи. Их распределение является ключом к разгадке глубоких тайн о том, как образуются галактики, как материя сгущается во Вселенной и как свет путешествует через миллиарды световых лет.

«Барионы притягиваются к галактикам гравитацией, но сверхмассивные черные дыры и взрывы звезд могут выталкивать их обратно — как космический термостат, который охлаждает все, если температура становится слишком высокой», — говорит Коннор. «Наши результаты показывают, что эта обратная связь должна быть эффективной, выталкивая газ из галактик в межгалактический газ».

И это только начало для космологии FRB. «Мы вступаем в золотой век», — сказал Рави, который также является соруководителем проекта Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) Калтеха. «Радиотелескопы нового поколения, такие как DSA-2000, Канадская водородная обсерватория и детектор радиотранзиентов, обнаружат тысячи FRB, что позволит нам составить чрезвычайно подробную карту космической паутины».

• Быстрые радиовсплески