Почти половина обычной материи Вселенной до сих пор была скрыта.
Всплески радиоволн пролили свет на местонахождение всей обычной материи, раскрывая её распределение между галактиками, вокруг них и внутри них, сообщают исследователи 16 июня в журнале Nature Astronomy. А рентгеновское излучение раскрыло подробности о некогда скрытой газовой цепочке, соединяющей четыре скопления галактик, сообщает другая группа исследователей в июньском номере Astronomy and Astrophysics.
«Эти две работы очень дополняют друг друга», — говорит астрофизик Джейсон Хесселс из Университета Макгилла в Монреале, не участвовавший ни в одном из исследований. В то время как в одной из них используется статистический подход для заполнения пробела в материи, в другой измеряется определённый её фрагмент.
Обычная материя составляет всё, что можно наблюдать, например, планеты и людей. Он состоит из обычных частиц, таких как протоны и нейтроны, вместе называемых барионами. Но на его долю приходится лишь около 15 процентов всей материи во Вселенной. Остальное – таинственная тёмная материя.
Почти половина обычной материи рассеяна подобно мелкодисперсному туману, поэтому её трудно обнаружить. «Этот газ отсутствует в том смысле, что теоретические модели предполагают его наличие… в определённых местах», – говорит Хессельс. «Но определить, сколько его там находится, и доказать это на самом деле, очень сложно, поскольку газ очень, очень рассеян».
Миллисекундные вспышки, называемые быстрыми радиовсплесками, или FRB, могут выявить эту разреженную материю. FRB из далёкой галактики разделяется на отдельные длины волн, проходя через межгалактическое вещество, подобно тому, как призма расщепляет видимый свет на радугу. Вещество замедляет низкочастотные волны сильнее, чем высокочастотные, и задержка увеличивается по мере того, как FRB проходит всё большую толщу среды. «Это очень небольшой эффект», — говорит астрофизик Лиам Коннор из Гарвардского университета. «Но за миллиарды лет путешествия сквозь эту… материю он становится заметным здесь, на Земле».
Коннор и его коллеги исследовали почти 70 быстрых радиовсплесков (БРВ), включая один, свет которого прошёл около 9 миллиардов световых лет, чтобы достичь Земли. Это был самый удалённый БРВ из зарегистрированных. Рассеивание каждой вспышки на пути к Земле позволило определить количество вещества между планетой и источником БРВ. Сравнение этих расчётов с космологическим моделированием показало, где находится всё обычное вещество Вселенной: 76 процентов вьётся между галактиками, 15 процентов окружает галактики в гало, а остальное находится внутри галактик, в звёздах и холодном газе.
Хотя эта работа количественно определяет недостающую материю, что соответствует прогнозам, она не описывает её внешний вид или другие свойства, говорит астрофизик Константинос Мигкас из Лейденского университета в Нидерландах.
XMM-Newton/ESA и ISAS/JAXA (Стандартная лицензия ESA)
Он и его коллеги обнаружили эти детали, изучая слабое рентгеновское излучение, испускаемое недавно обнаруженным газовым филаментом, в котором, вероятно, скрывается часть недостающей материи. Сначала исследователи отфильтровали фоновые сигналы от других источников, таких как чёрные дыры и скопления галактик. Затем команда подсчитала фотоны, или частицы рентгеновского света, испускаемые в разных энергетических диапазонах. Эти и другие методы показали, что газовый филамент простирается на 23 миллиона световых лет, имеет температуру более 10 миллионов градусов Цельсия и содержит около 10 протонов на кубический метр.
Работа показывает, как выглядит и ведёт себя недостающая материя, говорит Мигкас. Более того, «её свойства соответствуют нашим ожиданиям» в рамках стандартной модели космологии.
Будущие исследования, возможно, позволят объединить эти два способа изучения труднообнаружимой материи, говорит астроном Шами Чаттерджи из Корнеллского университета, не принимавший участия в новых исследованиях.
«Представьте, если бы… мы могли обнаружить несколько быстрых радиовсплесков (FRB), которые находятся за этим конкретным филаментом», — говорит он. «Мы могли бы сравнить, создавало ли это волокно измеримые различия в [межгалактической среде] на самом волокне и вне его».
Коннор согласен, что это лишь отправная точка для астрономов.
«Причина, по которой люди вообще заинтересовались исчезнувшей материей, заключается в её глубоком влиянии на некоторые из самых актуальных вопросов астрофизики, например, на то, как образуются галактики», — говорит он. С выводами новых исследований «начинается самое интересное».
Источник: https://www.sciencenews.org/article/half-universe-ordinary-matter-missing