Обнаружена недостающая часть Вселенной

Обнаружена недостающая часть Вселенной
Фото: из открытых источников
Астрофизики смогли найти отсутствующие барионы, изучая загадочные быстрые радиовсплески
На протяжении последних 20 лет ученые бились над решением одной из главнейших загадок Вселенной – "проблемой отсутствующих барионов". В начале 90-х годов XX века при изучении космоса, астрофизики сделали удивительное открытие – обычная материя составляет лишь 5% от всей массы Вселенной. Остальное недостающее вещество приписали к темной материи и темной энергии, которые до сих пор не могут объяснить. Однако недавно появилась подсказка в решении космологической загадки. Команда из Калифорнийского университета во главе с двумя астрофизиками, Хавьером Прочаска и Жан-Пьером Маккваром, смогли наконец найти это потерянное вещество Вселенной.

Их компьютерное моделирование предсказало, что большая часть недостающей материи скрывается в горячей плазме с низкой плотностью и температурой в миллион градусов, которая пронизывает всю Вселенную. Она была названа "теплой-горячей межгалактической средой" (warm-hot intergalactic medium) или WHIM. Ее существование решило бы проблему пропавших барионов. Однако это моделирование было проведено еще в 90-х и подтвердить ее наличие во Вселенной не представлялось возможным.

За последние 20 лет различные команды астрономов привлекли к охоте за недостающим веществом почти все крупнейшие обсерватории Земли. Было несколько ложных тревог, и лишь одна команда в конце концов связала WHIM с газом вокруг галактик. Но одного слабого подтверждения было мало.

Прорыв в решении проблемы произошел в 2007 году. Тогда Дункан Лоример, астроном из Университета Западной Вирджинии, сообщил об открытии космологического феномена, известного как быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB). Это чрезвычайно короткие высокоэнергетические импульсы радиоизлучения. Космологи и астрономы до сих пор не знают, что их создает, но они, похоже, происходят из далеких-далеких галактик.

Источники, чем бы они ни были, излучают FRB менее тысячной доли секунды, и изначально все длины волн путешествуют в одном тесном пучке. Так что если кому-то повезет — хотя, зная огромные энергии этих радиовсплесков, скорее не повезет — оказаться рядом с источником FRB, то он сможет уловить все длины волн одновременно. Но когда радиоволны проходят через материю, они слегка замедляются. И чем больше длина волны, тем сильнее она "чувствует" материю. Это похоже на сопротивлении воздуха. По-научному это "сопротивление ветра" называется дисперсией.

Ее влияние на радиоволны невероятно мало, но космос велик. К тому времени, когда FRB пролетит миллионы или даже миллиарды световых лет, чтобы достичь Земли, дисперсия замедлит более длинные волны настолько, что они прибывают почти на секунду позже, чем более короткие волны. В этом и заключается потенциал радиовсплесков для "взвешивания" барионов Вселенной. Измеряя распространение различных длин волн в пределах одного FRB, можно точно вычислить, через какое количество вещества — сколько барионов — прошел радиовсплеск на своем пути к Земле.

Однако оставалась последняя проблема. Чтобы точно измерить плотность барионов, нужно знать, откуда к нам прилетел FRB. Зная исходную галактику, можно выяснить, как долго к нам путешествовал радиовсплеск. Учитывая это и степень рассеивания, которую он испытал, теоретически можно вычислить количество вещества, через которое он прошел по пути к Земле. К сожалению, телескопы в 2007 году были недостаточно хороши, чтобы точно определить, из какой галактики появился FRB, они могли лишь детектировать их.

Прошло 11 лет до того момента, когда команда Прочаски и Макквара смогла локализовать первый быстрый радиовсплеск. В августе 2018 года их совместный проект под названием CRAFT стал использовать радиотелескоп Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), расположенный в глухом уголке Западной Австралии, для поиска FRB. Этот новый телескоп, которым управляет Национальное научное агентство Австралии CSIRO, может наблюдать огромные участки неба, примерно в 60 раз больше полной Луны, и он может одновременно обнаруживать радиовсплески и точно определять, откуда они пришли.

ASKAP уловил свой первый FRB спустя месяц после начала работы. Как только астрофизики узнали точную часть неба, откуда пришли радиоволны, они тут же использовали телескоп Кека на Гавайях, чтобы определить, из какой галактики пришел FRB и как далеко она от Земли. Так, первый обнаруженный ими радиовсплеск пришел из галактики DES J214425.25–405400.81, которая находится на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от нас. Однако команде нужно было поймать еще несколько радиовсплесков, чтобы получить статистически значимое количество барионов во Вселенной, и для этого нужно было просто сидеть и ждать.

К середине июля 2019 года Прочаска и Макквар обнаружили еще пять таких событий — достаточно, чтобы выполнить первые расчеты дисперсии и наконец-то решить проблему отсутствующих барионов. К их удивлению, полученные данные идеально соответствовали теории, предсказавшей 5-процентное количество обычной материи во Вселенной.

"Мы обнаружили все отсутствующие барионы, разгадав эту космологическую загадку и положив конец двум десятилетиям поиска", — сказал Прочаска.

Однако этот результат — только первый шаг. Астрофизики пока что смогли оценить количество барионов во Вселенной, но имея только шесть результатов невозможно построить полную карту "отсутствующих барионов". И хотя это доказывает, что WHIM точно существует, пока неизвестно, как она распределяется. Считается, что она является частью обширной нитевидной сети газа, которая соединяет галактики, так называемой "космической паутины", но требуется регистрация около сотни быстрых радиовсплесков, чтобы космологи смогли начать строить точную карту этой паутины.

Автор skibairinaskibairina 14.06.2020 в 15:17
0.0 из 5 // 0 Часть, Вселенная, Исследование
Комментариев нет. Будь первым!
Оставляя комментарий на нашем сайте, пожалуйста, помните о том, что содержание и тон Вашего сообщения могут задеть чувства реальных людей, непосредственно или косвенно имеющих отношение к данной новости. Проявляйте уважение и толерантность к своим собеседникам даже в том случае, если Вы не разделяете их мнение. Пользователи, которые систематически нарушают правила, а также размещают спам — будут заблокированы!
avatar