Астрономам уперше вдалося виявити у Всесвіті раніше невидиму матерію, яка довго вважалася зниклою. Вони використали загадкові швидкі радіоспалахи (FRB) як своєрідні прожектори, що "просвічують" космос, допомагаючи зважити міжгалактичний туман і тим самим підтвердити теоретичні прогнози про розподіл матерії у Всесвіті. Про це пише УНН із посиланням на Space.
Упродовж десятиліть науковці не могли знайти майже половину звичайної матерії, яка теоретично мала б існувати у Всесвіті. Йдеться не про темну матерію, яка залишається однією з найбільших загадок сучасної фізики, а про звичайну, баріонну тобто ту, з якої складаються зірки, планети, люди й усе довкола. Нарешті дослідникам вдалося простежити, де саме ховається ця відсутня речовина і допомогли в цьому космічні сигнали, відомі як швидкі радіоспалахи (FRB).
Що таке FRB і як вони допомогли
Швидкі радіоспалахи - це надзвичайно потужні імпульси радіохвиль, що тривають лише кілька мілісекунд, але встигають випромінити стільки ж енергії, скільки Сонце за десятки років. Їхнє походження залишається загадкою - більшість з них виникають лише раз, без повторення, що ускладнює дослідження.
Втім, одне було відомо напевно: FRB подорожують через міжгалактичний простір, і на своєму шляху взаємодіють з матерією, яку не можна побачити в телескоп. Саме ця взаємодія - сповільнення та розсіювання сигналу - дозволяє вченим вирахувати кількість речовини, яку радіохвилі проходять.
Швидкі радіоспалахи просвічують крізь туман міжгалактичного середовища, і, точно вимірюючи, як світло сповільнюється, ми можемо зважити цей туман, навіть коли він занадто слабкий, щоб його побачити
Як проходив експеримент
Для своєї роботи команда використала 69 швидких радіоспалахів, зафіксованих на відстанях від 11,7 мільйона до понад 9 мільярдів світлових років. Один із сигналів, FRB 20230521B, став найбільш віддаленим з усіх відомих на сьогодні — саме завдяки таким даним вдалося вперше безпосередньо спостерігати розподіл баріонної матерії в міжгалактичному просторі.
Зі згаданих 69 сигналів, 39 було виявлено системою з 110 радіотелескопів в обсерваторії Оуен-Веллі (Каліфорнія), відомою як Deep Synoptic Array (DSA). Інші сигнали надали обсерваторії Паломар, Гавайська обсерваторія імені В.М. Кека та австралійський масив ASKAP.
Ці дані дозволили вченим побачити, як світло FRB розсіюється - подібно до того, як біле світло проходить через призму й утворює веселку. Вимірявши це розсіювання, дослідники змогли визначити кількість речовини, яку пройшов сигнал.
Це ніби ми бачимо тінь усіх баріонів, з FRB як підсвічуванням. Якщо ви бачите людину перед собою, ви можете багато чого про неї дізнатися. Але навіть коли бачите тільки її тінь, все одно розумієте, що вона там є, і можете оцінити її розміри
Що вдалося з’ясувати
Результати дослідження показали, що приблизно 76% звичайної матерії у Всесвіті міститься в міжгалактичному середовищі - своєрідному "тумані", розкиданому по простору між галактиками. Ще 15% перебуває в гало навколо самих галактик, а лише 9% — безпосередньо всередині них, у формі зірок, пилу та холодного газу.
Цей розподіл повністю узгоджується з теоретичними моделями та комп’ютерними симуляціями, однак саме це дослідження стало першим прямим спостережувальним підтвердженням таких розрахунків.
Це відкриття не лише заповнює велику прогалину в нашому розумінні структури Всесвіту, а й відкриває нові горизонти для космології. Наступним кроком має стати запуск нового покоління радіотелескопів - системи DSA-2000, яку планується побудувати в пустелі штату Невада. Вона зможе виявляти до 10 000 FRB щороку, значно розширюючи можливості для спостереження та аналізу міжгалактичного середовища.
Ми щойно продемонстрували, що FRB можна використовувати для того, щоб "зважити" матерію у Всесвіті. Але потенціал цього інструменту набагато більший — він допоможе нам по-новому поглянути на еволюцію галактик і саму природу космосу