Учёные нашли недостающую материю Вселенной, исследуя быстрые радиовсплески в «космическом тумане»
«Учёные нашли недостающую материю Вселенной, исследуя быстрые радиовсплески в «космическом тумане»»
«Быстрые радиовсплески пронизывают туман межгалактической среды. Точные измерения их задержки позволяют “взвесить” этот невидимый туман»
Половина всей обычной материи Вселенной долгое время ускользала от наблюдений — вплоть до недавнего времени.
Астрономам впервые удалось обнаружить эту «пропавшую» барионную материю с помощью загадочных, мощных энергетических импульсов — быстрых радиовсплесков (Fast Radio Bursts, FRB).
Речь идёт не о тёмной материи, которая составляет около 85% вещества во Вселенной и остаётся невидимой из-за отсутствия взаимодействия со светом. Утерянная материя — это обычное вещество, состоящее из атомов, которое, по всем расчётам, должно быть заметно, но до сих пор оставалось слишком разреженным для прямого обнаружения.
Хотя эта проблема привлекала меньше внимания, чем загадка тёмной материи, поскольку химический состав был известен, её отсутствие вызывало серьёзные трудности в космологии. Барионная материя была столь диффузной, что рассеивалась в гало вокруг галактик и в облаках межгалактического газа, ускользая от наблюдений.
Теперь международная группа учёных смогла не только зафиксировать эту материю, но и измерить её объём, используя FRB в качестве своеобразной подсветки для выявления разреженной структуры между источниками радиовсплесков и Землёй.
FRB как прожекторы в космической тьме
Быстрые радиовсплески длятся всего несколько миллисекунд, но за это время успевают излучить столько энергии, сколько наше Солнце производит за 30 лет. Несмотря на то что их природа пока окончательно не установлена — в том числе из-за кратковременности и уникальности каждого события, — астрономы давно предполагали, что FRB можно использовать для измерения количества материи в межгалактическом пространстве.
Из тысяч известных радиовсплесков лишь немногие пригодны для такой задачи, поскольку необходимо точно определить расстояние от Земли до источника сигнала. На сегодняшний день локализованы около 100 таких всплесков.
Команда под руководством Лиама Коннора из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и Викрама Рави из Калифорнийского технологического института (Caltech) проанализировала 69 FRB, источники которых находились на расстояниях от 11,7 миллиона до 9,1 миллиарда световых лет. Самым удалённым оказался всплеск FRB 20230521B — он стал рекордсменом по расстоянию среди всех зарегистрированных FRB.
Из них 39 были зафиксированы телескопическим массивом Deep Synoptic Array (DSA) обсерватории Оуэнс-Вэлли (при Caltech), специально созданным для обнаружения и точной локализации FRB. Расстояния до галактик, в которых возникли всплески, определялись с помощью телескопов обсерваторий Кека (Гавайи) и Паломар (Калифорния).
Остальные сигналы зарегистрировал австралийский радиотелескоп ASKAP — мировой лидер по количеству обнаруженных FRB.
Как работает метод?
Когда сигнал FRB проходит через вещество, он рассеивается и растягивается во времени по длинам волн — подобно тому, как белый свет, проходя через призму, распадается на спектр. По характеру этого рассеяния можно определить, сколько материи оказалось на пути радиовсплеска.
«FRB — это подсветка, а мы видим отбрасываемую ими тень, — объясняет Рави. — Если перед вами стоит человек, вы можете его разглядеть. Но даже если видна только тень, можно понять, что он есть, и прикинуть его размер».
Результаты исследования
Анализ показал следующее распределение барионной материи во Вселенной:
Эти данные соответствуют предсказаниям космологических моделей, но впервые подтверждены наблюдательными методами. Это открытие даёт важные ключи к пониманию процессов формирования и эволюции галактик.
Что дальше?
Следующим этапом станет запуск радиотелескопа DSA-2000 в Неваде. Ожидается, что этот новый массив будет способен фиксировать до 10 000 FRB в год, что значительно расширит возможности по изучению структуры Вселенной.
Исследование опубликовано 16 июня в журнале Nature Astronomy.
Источник: cosmos-online.ru