Астрономы обнаружили около четверти всей материи Вселенной составляет обычная материя, но оказалось, что значительная её часть десятилетиями ускользала от внимания учёных.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, рассказывает, как астрономам удалось найти эту «потерянную» материю.
Для измерения количества обычной, или видимой, материи использовались наблюдения гравитационных сил в галактиках. Остальное — это тёмная материя.
По астрономическим наблюдениям, как минимум половина видимой материи, также называемой барионной материей, состоящей в основном из протонов, не учитывалась. Астрономы пытались обнаружить «потерянную» материю с помощью рентгеновского излучения и ультрафиолетовых наблюдений далёких квазаров (яркого материала вокруг сверхмассивных чёрных дыр).
Астрономы искали в пространстве между галактиками, надеясь найти намёки на тонкий тёплый газ, который в противном случае был бы невидим для большинства телескопов.
В новом исследовании для расширения поиска используются быстрые радиовсплески (FRB). Сами по себе FRB — это необычные и малоизученные короткие яркие всплески радиоволн из далёких галактик. Источник FRB пока неизвестен.
В 2020 году астрономы показали, что FRB могут помочь найти барионную материю во Вселенной. Но только сейчас учёные смогли использовать эти данные, чтобы точно определить местоположение материи.
Новое исследование проанализировало радиосигналы от 60 FRB, находящихся на расстоянии от 12 миллионов световых лет до более чем 9 миллиардов световых лет. В процессе был идентифицирован FRB 20230521B — самый далёкий из зарегистрированных FRB.
Изучение FRB позволило астрономам показать, что недостающая барионная материя находится в пространстве между галактиками, или в межгалактической среде.
«Проблема „потерянных барионов“, которая существует уже несколько десятилетий, никогда не заключалась в том, существует ли эта материя, — говорит ведущий автор Лиам Коннор, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в США. — Это всегда был вопрос: где она? Теперь, благодаря FRB, мы знаем: три четверти её плавает между галактиками в космической паутине».
«FRB действуют как космические фонари, — добавляет Коннор. — Они просвечивают сквозь туман межгалактической среды, и, точно измеряя, как свет замедляется, мы можем взвесить этот туман, даже когда он слишком слаб, чтобы его увидеть».
Результаты показывают, что около 76% барионной материи находится в межгалактической среде, 15% — в ореолах вокруг галактик, а остальная часть — внутри звёзд или холодного галактического газа.
Соавтор исследования Викрам Рави, доцент Калифорнийского технологического института, говорит: «Мы вступаем в золотой век. Радиотелескопы следующего поколения, такие как DSA-2000 и Канадская водородная обсерватория и детектор радиопеременных объектов, обнаружат тысячи FRB, что позволит нам составить карту космической паутины в невероятных деталях».
«Барионы притягиваются в галактики гравитацией, но сверхмассивные чёрные дыры и взрывающиеся звёзды могут выдувать их обратно, — говорит Коннор. — Подобно космическому термостату, охлаждающему всё, если температура становится слишком высокой, наша работа показывает, что эта обратная связь должна быть эффективной, выбрасывая газ из галактик в межгалактическую среду».
Авторы считают, что разгадка тайн «потерянной» барионной материи поможет глубже понять структуру Вселенной, то, как распространяется свет, и как формируются галактики.