Астрономам наконец удалось решить загадку, которая десятилетиями тревожила космологов: куда делась большая часть «обычной» материи во Вселенной. Новое исследование, проведенное специалистами из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института (CfA) и Калифорнийского технологического института (Caltech), показало: примерно 76% всей барионной материи находится в виде разреженного горячего газа в межгалактическом пространстве. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Что такое барионная материя?
Это весь привычный нам «вещественный» космос: звезды, планеты, люди. На атомном уровне — это материя, состоящая из протонов и нейтронов. Она составляет около 5% всей массы-энергии Вселенной. Остальное приходится на темную материю и темную энергию. Однако, несмотря на точные космологические расчеты, астрономы долго не могли обнаружить более половины этой обычной материи. Так появилась «проблема недостающего бариона».
Как нашли пропавшую материю?
Ответ пришел с наблюдениями быстрых радиовсплесков (Fast Radio Bursts, FRB) — коротких и мощных радиосигналов, прилетающих из далеких галактик. Эти сигналы немного замедляются, проходя через межгалактический газ. Измеряя степень задержки, ученые могут оценить количество вещества, через которое прошел FRB.
Команда проанализировала 60 радиовсплесков, пришедших от объектов на расстояниях от 11,7 миллиона до 9,1 миллиарда световых лет. Один из них, FRB 20230521B, стал самым дальним из зарегистрированных на сегодняшний день.
Что показали данные?
Результаты подтвердили предположение космологических моделей:
76% барионной материи — в межгалактической среде (IGM),
15% — в галактических гало (облаках газа, окружающих галактики),
и только небольшая доля — в звездах и холодном межзвездном газе.
Это открытие стало первым прямым доказательством предполагаемого распределения материи. До сих пор межгалактический газ оставался неуловимым из-за своей разреженности и высокой ионизации.
Ученые отмечают, что исследование дает понять, как устроена Вселенная на больших масштабах. Астроном Лиам Коннор (ведущий автор статьи) объясняет:
«Десятилетняя “проблема с отсутствующим барионом” никогда не заключалась в том, существует ли эта материя. Вопрос был — где она? Теперь, благодаря FRB, мы знаем: три четверти ее плавают между галактиками в космической паутине».
Также результаты подтверждают, что механизмы обратной связи, например, влияние сверхмассивных черных дыр или взрывов звезд, действительно выдувают вещество из галактик в межгалактическое пространство:
«Это как космический термостат — если становится слишком горячо, газ выносится наружу», — добавил Коннор.«FRB позволяют нам проследить невидимую материю, заполняющую Вселенную. Мы видим ее структуру и состав в совершенно новом свете», — добавил соавтор исследования Викрам Рави из Caltech
С развитием радионаблюдательной техники, астрономы ожидают обнаружение тысяч новых FRB, что позволит еще точнее картировать распределение вещества в космосе — и, возможно, решить новые загадки.