Десятиліттями астрономи не могли знайти значну частину звичайної речовини, з якої складається наш світ. Згідно з розрахунками, у Всесвіті має бути більше матерії, ніж ми бачимо. Тепер вченим вдалося пояснити, куди поділася ця «зникла» речовина. Виявилося, що потужні викиди чорних дір розкидали газ далеко за межі галактик.
Загадка зниклих баріонів
Все, що нас оточує — планети, зірки та самі люди — складається з баріонної матерії. Це речовина, сформована з протонів і нейтронів. Космологічні моделі передбачають, що баріони мають становити близько 17% від загальної маси-енергії раннього Всесвіту. Однак реальні спостереження давали лише 10% від цього значення.
Довгий час дослідники припускали, що відсутні 90% припадають на холодний розріджений газ, прихований у міжгалактичному просторі. Але довести його існування та точно визначити місцезнаходження було надзвичайно складно.
Швидкі радіоспалахи як інструмент пошуку
Прорив у вирішенні цієї задачі було зроблено завдяки використанню швидких радіоспалахів (FRB). Це високоенергетичні короткі спалахи радіовипромінювання позagalaktичного походження, які тривають від мілісекунд до секунд.
Коли радіосигнал проходить крізь речовину, він зазнає дисперсії та розмивається у часі. Ступінь цього розмиття дозволяє вченим точно обчислити щільність матерії на шляху сигналу. Команда дослідників зіставила параметри розмиття тисяч архівних сигналів із розташуванням понад 6 мільйонів галактик.
«Ми виявляємо, що активність у галактиках виявилася більш хаотичною, ніж ми думали. Вони більше схожі на фонтани, які дійсно виштовхують газ на дуже великі відстані», — розповів автор дослідження з Массачусетського технологічного інституту (MIT) Хаочень Ван.
Гігантські газові гало
Головним відкриттям стало те, як далеко баріонна матерія відхиляється від своїх материнських галактик. Відкриті газові хмари простягаються на відстані, що суттєво перевищують значення, які давало комп'ютерне моделювання.
«Галактика має розмір, можливо, у кілька сотень тисяч світлових років, а ми знайшли загублену матерію на відстані приблизно 4 мільйони світлових років», — зазначив співавтор дослідження, фізик з MIT Кійоші Масуї.
Отримані дані свідчать про те, що високоенергетичні процеси діють значно інтенсивніше, ніж вважалося раніше. Саме релятивістські струмені (джети) надмасивних чорних дір та спалахи наднових виштовхують баріонну речовину далеко в міжгалактичний простір, утворюючи гігантські розріджені гало.
Новий етап у вивченні космосу
Результати роботи, опубліковані в журналі Physical Review Letters, підтверджують коректність базових астрофізичних моделей. Крім того, вони відкривають новий ефективний інструмент для дослідження еволюції Всесвіту.
«Ми змусили це працювати вперше, і це працюватиме ще точніше за міри вдосконалення даних», — підсумував Масуї.
Швидкі радіоспалахи, вперше відкриті у 2007 році, стають потужним засобом зондування міжгалактичного середовища. Завдяки здатності високоенергетичного випромінювання взаємодіяти з речовиною, FRB дозволяють досліджувати структуру та склад Всесвіту в масштабах, недоступних для стандартних оптичних та рентгенівських телескопів.
