Протягом десятиліть астрофізики стикалися з загадкою: значна частина звичайної матерії, яка мала утворитися у ранньому Всесвіті, не знаходилася в зірках, планетах чи галактиках. Нове дослідження, опубліковане нещодавно, нарешті пролило світло на цю проблему. Виявилося, що зникла речовина не зникла безслідно — вона прихована в гігантських, майже невидимих хмарах газу, що оточують скупчення галактик.

Де ховається нестача речовини?

Термін «звичайна матерія» в астрофізиці стосується баріонної матерії — речовини, що складається з протонів і нейтронів. Згідно з розрахунками, приблизно 17% раннього Всесвіту складалися з баріонів. Однак при підрахунку маси всіх видимих об'єктів — зірок, галактик і планет — вчені виявили лише близько 10% від цієї кількості. Куди ж поділися решта 90%?

Довгий час гіпотези будувалися навколо того, що ця матерія має перебувати у вигляді холодного, розрідженого газу в міжгалактичному просторі. Але підтвердити це було надзвичайно складно через низьку щільність і темряву таких хмар.

Швидкі радіоспалахи як інструмент пошуку

Прорив став можливим завдяки використанню унікального космічного явища — швидких радіоспалахів (FRB). Ці короткочасні, але надзвичайно потужні спалахи радіохвиль були вперше зафіксовані у 2007 році. Їхня природа досі не до кінця зрозуміла, але їхня енергія дозволяє їм «затмити цілу галактику».

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) та інших наукових центрів проаналізували тисячі таких спалахів. Вони звернули увагу на те, як сигнал спотворюється при проходженні через космічну матерію: чим більше речовини на шляху, тим сильніше «розмиття» в часі. Це розмиття прямо пропорційне кількості баріонної матерії, через яку пройшов сигнал.

Порівнявши дані про розмиття з картами розташування більш ніж 6 мільйонів галактик, команда виявила чіткий патерн: нестача матерії дійсно існує, але вона розподілена у вигляді дифузних хмар на відстані до 4 мільйонів світлових років від галактик — значно далі, ніж передбачали комп'ютерні симуляції.

Фонтани матерії від чорних дір

Що може викидати газ на такі величезні відстані? Вчені припускають, що ключову роль відіграють високоенергетичні процеси в центрах галактик — зокрема, струмені плазми, що випромінюються надмасивними чорними дірами, а також вибухи наднових.

Хаочен Ван, провідний автор дослідження та аспірант MIT, зазначив: «Ми виявляємо, що активність у галактиках набагато хаотичніша, ніж ми думали. Вони більше нагадують фонтани і дійсно виштовхують газ на дуже великі відстані».

Ці дані не лише розв'язують давню загадку, але й вказують на те, що галактики набагато активніші та динамічніші, ніж вважалося раніше. Енергія, що витрачається на викид матерії, виявляється значно вищою, ніж передбачали моделі.

Новий етап у вивченні Всесвіту

Попри успіх, багато питань залишаються відкритими. Наприклад, яка точна структура цих хмар? Як саме вони взаємодіють із галактиками? І як швидко вони розсіюються в міжгалактичному середовищі?

Однак вже зараз ясно: швидкі радіоспалахи стали потужним інструментом для картографування невидимої матерії Всесвіту. З кожним новим виявленим FRB вчені отримують все більше даних, які можуть перевернути наше розуміння космосу.