Открытие, важное для «космической переписи»: «исчезнувшая» материя во Вселенной обнаружена

Недавнее исследование позволило с высокой точностью установить положение "исчезнувшей" материи во Вселенной и зарегистрировать самый удаленный из известных на сегодняшний день быстрый радиовсплеск (БРВ). Используя БРВ в качестве маяка, группа астрофизиков из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (CfA) и Калифорнийского технологического института (Caltech) подтвердила, что более трех четвертей обычной материи Вселенной скрывается в разреженном газообразном состоянии между галактиками.

Это открытие представляет собой значительный прогресс в понимании природы и распределения материи в космическом пространстве. Впервые ученым удалось детально измерить распределение обычной материи в "космической сети".

На протяжении десятилетий научному сообществу было известно, что как минимум половина обычной (барионной) материи Вселенной, состоящей преимущественно из протонов, оставалась необнаруженной. Ранее астрономы использовали рентгеновские и ультрафиолетовые наблюдения удалённых квазаров для обнаружения следов этой материи в виде чрезвычайно разреженного тёплого газа, заполняющего пространство между галактиками. Однако, из-за низкой плотности и высокой температуры, этот газ оставался невидимым для большинства телескопов.

В решении этой проблемы помогли БРВ – кратковременные, но мощные радиосигналы, приходящие из далёких галактик. В новой работе исследователи проанализировали 60 таких всплесков, начиная от ближайшего (FRB20200120E, расположенного в галактике M81 на расстоянии 11,74 миллиона световых лет) и заканчивая самым далёким (FRB 20230521B, находящимся на расстоянии 9,1 миллиарда световых лет). Это позволило локализовать "пропавшую" материю в межгалактической среде (МГС).

"Проблема недостающих барионов никогда не заключалась в сомнениях относительно существования этой материи, – поясняет Лиам Коннор, ведущий автор исследования. – Вопрос был в её местонахождении. Теперь, благодаря БРВ, мы знаем, что три четверти ее находится в космической паутине, расположенной между галактиками". Измеряя задержку БРВ при прохождении через космическое пространство, команда смогла оценить "вес" межгалактического газа. "БРВ действуют подобно космическим маякам, – объясняет Коннор. – Они просвечивают туман МГС, и, точно измеряя степень замедления их света, мы можем определить массу этого тумана, даже если он слишком слаб для прямого наблюдения".

Полученные данные показали, что около 76% барионной материи Вселенной находится в МГС, 15% – в гало галактик, а оставшаяся часть – в звёздах и холодном газе внутри галактик. Это соответствует прогнозам космологических моделей, но впервые получило экспериментальное подтверждение.

"Это триумф современной астрономии, – отмечает Викрам Рави из Caltech. – БРВ позволяют нам увидеть структуру Вселенной в новом свете, отслеживая невидимую материю, заполняющую пространство между галактиками". Открытие имеет важное значение не только для составления "космической переписи". Распределение барионов помогает понять, как формируются галактики, как материя объединяется в крупномасштабные структуры и как свет распространяется на миллиарды световых лет.

"Галактики притягивают барионы под действием гравитации, но сверхмассивные черные дыры и взрывы звезд могут выбрасывать их обратно, – поясняет Коннор. – Наши результаты показывают, что этот механизм работает эффективно, рассеивая газ в межгалактическое пространство".

Учёные уверены, что это только начало эры БРВ-космологии.

"Следующее поколение радиотелескопов, таких как DSA-2000, обнаружит тысячи БРВ, что позволит детально картографировать космическую паутину", – говорит Рави.

Результаты исследование опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Изображение на обложке: Nature Astronomy.