Ученые использовали быстрые радиовсплески, чтобы найти пропавшую материю Вселенной

Одна из самых трудных космических загадок была использована, чтобы исследовать другую. Астрономы использовали мощные всплески радиоволн, прослеживаемые от далеких галактик, чтобы исследовать пространство между звездами — и обнаружили, где скрывается пропавшая материя Вселенной.

В огромных пустотах, которые простираются между галактиками, газ, настолько разреженный, что его невозможно обнаружить другими инструментами.

Из измерений астрономы обнаружили, что чрезвычайно разреженный газ может составлять всю недостающую «нормальную» материю во Вселенной.

«Открытие быстрых радиовсплесков и их локализация в далеких галактиках были ключевыми открытиями, необходимыми для разгадки этой тайны», — сказал астроном Дж. Ксавье Прочаска из Калифорнийского университета в Санта-Круз.

Проблема отсутствия материи давно озадачила астрономов. Мы примерно знаем материально-энергетический состав Вселенной. Около 68 процентов Вселенной — это темная энергия, а 27 процентов — темная материя. Это то, что мы не можем непосредственно обнаружить (и при этом мы не знаем, что это вообще такое).

Остальные 5 процентов — это то, что мы можем обнаружить — нормальное или барионное вещество, состоящее из барионных частиц. Звезды, планеты, туманности, плазма, даже черные дыры — все это состоит из барионной материи. Люди из барионного вещества. Это строительный блок всего, что мы можем видеть.

Излучение, оставшееся от Большого взрыва, которое можно обнаружить по всей Вселенной, — космический микроволновый фон — позволяет нам узнать, сколько барионной материи было в ранней Вселенной. Но несколько десятилетий назад, когда астрономы начали сравнивать эти значения с барионным веществом, которое мы можем обнаружить сейчас, они нашли только примерно половину материи.

Куда пропала остальная, было загадкой. Такие методы, как анализ света, распространяющегося от далеких квазарных галактик, выявили очень специфические небольшие количества атомарного водорода.

«Межгалактическое пространство очень разреженное. Недостающее вещество было эквивалентно только одному или двум атомам в комнате размером со средний кабинет», — пояснил астроном Жан-Пьер Маккварт из Университета Кертин, Австралия, Международный центр радиоастрономических исследований.

«Так что было очень трудно обнаружить его с помощью традиционных методов и телескопов».

Это место, где на помощь астрономам приходят быстрые радиовсплески. Черезвычайно мощные всплески радиоволн из дальнего космоса, извергнутые излучением, эквивалентным сотням миллионов Солнц, упакованные в период времени всего в миллисекунды. Большинство из них вспыхивают единовременно. Таким образом, их чрезвычайно трудно предсказать, и их трудно локализовать.

Мы не знаем, что это такое (хотя доказательства все чаще указывают на магнитары как на одну из причин), но только в прошлом году астрономы выяснили и уточнили, как отследить источник радиовсплесков.

Это означает, что мы можем рассчитать, расстояние которое они преодолели. В свою очередь, знаем ли мы, что их производит или нет, всплески стали ценным инструментом для исследования космического пространства.

Это потому, что мы знаем, что излучение покидает свой источник в виде компактного пучка по всему радиоспектру. Но когда оно достигает Земли, сигнал растягивается, причем некоторые длины волн достигают долей миллисекунд. Это можно проанализировать в контексте пройденного расстояния, чтобы рассчитать, сколько материи преодолел сигнал, чтобы создать сопротивление, необходимое для такой дисперсии длины волны.

Команда использовала эту технику на ряде таких недавно локализованных сигналов быстрых радиовсплесков, некоторые из которых находятся на расстоянии миллиардов световых лет, для расчета содержания газа в межгалактической среде.

Радиосигналов недостаточно для определения состава материи (вероятно, в основном это водород и гелий), но количество материи, соответствовало количеству вещества, предсказанному по измерениям космического микроволнового фона.

Это потрясающий результат, лучшее доказательство того, что пропавшая материя прячется в космосе, который не так уж и пуст. Но впереди еще много работы. Этот результат основан на нескольких сигналах — анализ большего количества из них поможет более полно охарактеризовать вопрос, предоставляя не просто обнаружение, но и местоположение и способ распространения материи.

Там, где недостающее вещество наиболее сконцентрировано — вокруг галактик или далеко от них — может предоставить важную информацию, которая поможет нам понять, как развивалась Вселенная.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Источники: Фото: (ICRAR)