Ученые нашли «пропавшую половину» Вселенной — и все благодаря загадочным вспышкам из глубин космоса
Прослеживая мощные радиосигналы до далеких галактик, где они зародились в ранней Вселенной, астрофизики смогли определить, где скрывается недостающая часть обычной материи. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.
В пространстве между галактиками, настолько разреженном, что его невозможно различить невооруженным глазом, дрейфует материя в достаточных количествах, чтобы ее можно было зафиксировать по быстрым радиовсплескам (fast radio bursts, FRB) — кратким, но невероятно мощным излучениям, способным «разорвать» пространство-время с энергией, эквивалентной 500 миллионам Солнц.
Этот результат помогает приблизиться к решению так называемой проблемы пропавших барионов (Missing baryon problem) — давней загадки о том, куда делась почти половина всей обычной материи во Вселенной, предсказанной по данным о космическом микроволновом фоне и Большом взрыве, но долгое время ускользавшей от наблюдений.
«Десятилетняя «проблема пропавших барионов» никогда не была связана с тем, существует ли материя, — говорит астрофизик Лиам Коннор из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Вопрос всегда был: где она? Теперь, благодаря FRB, мы знаем: три четверти ее плавают между галактиками в космической паутине».
Что такое барионная материя — и почему она «пряталась»
Барионная материя, состоящая из протонов и нейтронов, составляет около 5% всей массы-энергии наблюдаемой Вселенной. Она включает в себя все, что мы можем зарегистрировать напрямую: звезды, галактики, газовые облака, пыль, черные дыры, планеты и даже человеческие тела.
Однако при сопоставлении количества материи, предсказанного космологическими моделями, с тем, что реально наблюдается с помощью телескопов, обнаружилось значительное несоответствие: примерно половина барионов «пропала» из поля зрения.
Намеки на ее местоположение начали появляться в последние годы. Астрономы заметили, что в почти пустом межгалактическом пространстве есть достаточно вещества, чтобы замедлить прохождение сигналов FRB. Эти вспышки радиоволн, происхождение которых до сих пор до конца не понятно, могут быть вызваны, например, магнетарами — экзотическими нейтронными звездами с экстремальными магнитными полями.
Что бы ни являлось их источником, FRB регистрируются по всему небу с разных расстояний. Один из них преодолел 9,1 миллиарда световых лет, прежде чем достичь Земли. Команда Коннора проанализировала 60 таких всплесков, изучая их на предмет взаимодействия с барионной материей, через которую они проходили.
«FRB действуют как космические фонарики, — объясняет Коннор. — Они освещают туман межгалактической среды, и, точно измеряя, как замедляется их свет, мы можем «взвесить» этот туман, даже если он слишком разрежен, чтобы его увидеть».
Где именно находится пропавшая материя
По расчетам исследователей, около 76% барионной материи содержится в межгалактической среде — в основном в форме ионизированного водорода. Еще около 15% — в темных гало, окружающих галактики и их скопления. Остальное составляет материя внутри галактик — звезды, планеты, газ и пыль между ними.
Понимание того, где именно сосредоточена материя, важно не только для физической космологии, но и для изучения того, как эволюционировала Вселенная с момента Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад.
«Это триумф современной астрономии, — говорит астроном Викрам Рави из Калифорнийского технологического института. — Благодаря FRB мы начинаем видеть структуру и состав Вселенной в совершенно новом свете. Эти краткие вспышки позволяют отслеживать невидимую материю, заполняющую огромные пространства между галактиками».
