Разгадана одна из величайших тайн Вселенной, не дававшая покоя ученым много лет
Во Вселенной существует два вида материи. Одна — невидимая темная материя, известная только по своему гравитационному воздействию. Вторая — обычная материя, такая как газ, пыль, звезды, планеты и все земные вещи - от спичек до автомобилей.
Где она находится?
По оценкам ученых, обычная материя составляет лишь около 15% всей материи, однако долгое время они не могли понять, где именно она находится — примерно половина была "потеряна". Недавно исследователи нашли эту "потерянную" материю.
Она пряталась в основном в виде разреженного газа, рассеянного в огромных пространствах между галактиками, и была обнаружена благодаря влиянию, которое этот газ оказывает на радиоволны, проходящие через космос. Этот разреженный газ составляет межгалактическую среду — своего рода туман между галактиками.
Ученые ранее определили общее количество обычной материи по расчетам, основанным на наблюдениях света, оставшегося после Большого взрыва, случившегося около 13,8 миллиарда лет назад. Однако найти половину этой материи не удавалось.
«Вопрос, над которым мы ломали голову: где же она прячется? Ответ, похоже, в том, что она находится в разреженной, туманной космической паутине, далеко от галактик», — говорит профессор астрономии Гарвардского университета Лиам Коннор, ведущий автор исследования, опубликованного на днях в журнале Nature Astronomy.
Исследователи также обнаружили, что еще одна часть потерянной материи находится в гало — разреженных оболочках, окружающих галактики, включая наш Млечный Путь. Обычная материя состоит из барионов — субатомных частиц, таких как протоны и нейтроны, необходимых для построения атомов.
Не скучно во Вселенной
«Люди, планеты и звезды состоят из барионов. А темная материя — это загадочная субстанция, составляющая основную часть всей материи во Вселенной. Мы не знаем, какая частица или вещество составляет темную материю. Но мы точно знаем, что такое обычная материя — просто не знали, где она находится», — пояснил Коннор.
Как же так получилось, что столько обычной материи оказалось посреди "ничего"? Огромные объемы газа выбрасываются из галактик, когда массивные звезды взрываются в виде сверхновых или когда сверхмассивные черные дыры в галактиках "выплевывают" материю осле поглощения звезд или газа.
«Если бы Вселенная была скучнее, или законы физики были другими, вся обычная материя могла бы просто осесть в галактиках, остыть, образовать звезды, и каждый протон с нейтроном оказался бы в составе звезды. Но это не так», — отметил Коннор.
Таким образом, эти бурные физические процессы "встряхивают" обычную материю, разбрасывая ее на огромные расстояния и отправляя в космическую пустыню. Причем этот газ находится не в обычном состоянии, а в виде плазмы, где электроны и протоны разделены.
Материя - дело темное
Механизм обнаружения и измерения "потерянной" материи основан на явлении, известном как быстрые радиовсплески (FRBs) — мощные импульсы радиоволн, исходящие из далеких уголков Вселенной. Их точная природа остается загадкой, но одна из главных гипотез гласит, что они возникают из-за сильно намагниченных нейтронных звезд — компактных остатков после взрыва массивной звезды. Когда радиоволны от FRB идут к Земле, они рассеиваются по разным длинам волн, как свет, проходящий через призму. Степень этого рассеивания зависит от количества материи на пути света, что позволяет определить ее наличие и измерить.
Ученые использовали радиоволны от 69 FRB, из которых 39 были обнаружены с помощью сети из 110 радиотелескопов в Калифорнии — Deep Synoptic Array. Остальные 30 были найдены другими обсерваториями. Эти FRB были расположены на расстояниях до 9,1 миллиарда световых лет от Земли — рекордно далекие. Один световой год равен расстоянию, которое свет проходит за год — 5,9 триллиона миль (9,5 триллиона километров).
Теперь, когда вся обычная материя найдена, ученые смогли определить ее распределение: около 76% находится в межгалактическом пространстве, около 15% — в гало вокруг галактик, а оставшиеся 9% — внутри самих галактик, в виде звезд или газа. «Теперь мы можем перейти к еще более важным тайнам, связанным с обычной материей во Вселенной, — говорит Коннор. — А затем — к следующему вопросу: какова природа темной материи и почему так трудно измерить ее напрямую?»
