На протяжении десятилетий астрофизики сталкивались с загадкой: значительная часть обычной материи, которая должна была образоваться в ранней Вселенной, не находилась в звездах, планетах или галактиках. Новое исследование, опубликованное недавно, наконец пролило свет на эту проблему. Оказалось, что пропавшее вещество не исчезло бесследно — оно скрыто в гигантских, почти невидимых облаках газа, окружающих скопления галактик.

Где прячется недостающее вещество?

Термин «обычная материя» в астрофизике относится к барионной материи — веществу, состоящему из протонов и нейтронов. Согласно расчетам, примерно 17% ранней Вселенной состояло из барионов. Однако при подсчете массы всех видимых объектов — звезд, галактик и планет — ученые обнаружили лишь около 10% от этого количества. Куда же делись остальные 90%?

Долгое время гипотезы строились вокруг того, что эта материя должна находиться в виде холодного, разреженного газа в межгалактическом пространстве. Но подтвердить это было крайне сложно из-за низкой плотности и темноты таких облаков.

Быстрые радиовсплески как инструмент поиска

Прорыв стал возможен благодаря использованию уникального космического явления — быстрых радиовсплесков (FRB). Эти кратковременные, но чрезвычайно мощные всплески радиоволн были впервые зафиксированы в 2007 году. Их природа до сих пор не до конца ясна, но их энергия позволяет им «затмить целую галактику».

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и других научных центров проанализировали тысячи таких всплесков. Они обратили внимание на то, как сигнал искажается при прохождении через космическую материю: чем больше вещества на пути, тем сильнее «размытие» во времени. Это размытие прямо пропорционально количеству барионной материи, через которую прошел сигнал.

Сравнив данные о размытии с картами расположения более 6 миллионов галактик, команда выявила четкий паттерн: недостающая материя действительно существует, но она распределена в виде диффузных облаков на расстоянии до 4 миллионов световых лет от галактик — значительно дальше, чем предсказывали компьютерные симуляции.

Фонтаны материи от черных дыр

Что может выбрасывать газ на такие огромные расстояния? Ученые предполагают, что ключевую роль играют высокоэнергетические процессы в центрах галактик — в частности, струи плазмы, испускаемые сверхмассивными черными дырами, а также взрывы сверхновых.

Хаочен Ван, ведущий автор исследования и аспирант MIT, отметил: «Мы обнаруживаем, что активность в галактиках гораздо более хаотична, чем мы думали. Они больше напоминают фонтаны и реально выталкивают газ на очень большие расстояния».

Эти данные не только решают давнюю загадку, но и указывают на то, что галактики гораздо активнее и динамичнее, чем считалось ранее. Энергия, затрачиваемая на выброс материи, оказывается значительно выше, чем предсказывали модели.

Новый этап в изучении Вселенной

Несмотря на успех, многие вопросы остаются открытыми. Например, какова точная структура этих облаков? Как именно они взаимодействуют с галактиками? И как быстро они рассеиваются в межгалактической среде?

Однако уже сейчас ясно: быстрые радиовсплески стали мощным инструментом для картографирования невидимой материи Вселенной. С каждым новым обнаруженным FRB ученые получают всё больше данных, которые могут перевернуть наше понимание космоса.