Новый сезон «Найдена пропавшая материя Вселенной»

Космос

Редакционная группа сайта «Технологические инновации» - 23.06.2025

Это представление художника (не в масштабе) иллюстрирует путь быстрого радиовсплеска из далекой галактики, где он возник, к Земле. [Изображение: ESO/M. Kornmesser]

Пропавшая материя Вселенной

Тема «пропавшей материи Вселенной» — старая и несколько смущающая для физиков и их теорий. И ее решения остаются спорными с течением времени.

Сначала проблема: согласно стандартной космологической модели, 70% Вселенной состоит из темной энергии (которую мы не знаем, что это такое), 25% — темная материя (которую мы никогда не находили) и 5% — обычная материя, состоящая из атомов из периодической таблицы. Проблема в том, что до сих пор астрономы смогли обнаружить только 50% из этих 5% так называемой барионной материи, что привело к появлению термина «пропавшая материя Вселенной» — именно этот список «неизвестных» смущает.

Некоторые части пропавшей материи были идентифицированы в течение многих лет, но в 2016 году появилось действительно интересное предположение благодаря открытию быстрых радиовсплесков (RRB).

Причина этих вспышек до сих пор остается загадкой, но астрофизики поняли, что быстрые радиовсплески можно использовать для взвешивания вселенной и, таким образом, для обнаружения ранее неопознанных частиц материи. Поскольку эти радиоволны проходят через всю материю на своем пути, включая космическую пыль, по мере их движения к Земле, наблюдение за галактикой и мониторинг каждого FRB позволяет нам вычислить количество материи, присутствующей на пути.

Первое исследование, в котором для обнаружения недостающей материи использовались быстрые всплески, было оспорено, поскольку использованный всплеск не совсем соответствовал первоначально предложенному астрономами, однако Лиам Коннор и его коллеги из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики не стали рассматривать детали каждого конкретного FRB, решив вместо этого рискнуть и использовать многие из них.

Где находится недостающая материя Вселенной?

Вместо того чтобы полагаться на один FRB, команда захватила не менее 60 из них, расположенных на расстоянии от 11,74 миллионов световых лет (FRB20200120E в галактике M81) до 9,1 миллиардов световых лет (FRB 20230521B, самый далекий из зарегистрированных). Это позволило им рассчитать барионную материю, присутствующую между галактиками, в так называемой межгалактической среде.

Измеряя, насколько замедлялся каждый сигнал FRB по мере прохождения через пространство, команда отслеживала газ на его пути. «FRB действуют как космические фонарики», — объяснил Коннор. «Они светят сквозь дымку межгалактической среды, и, точно измеряя, насколько замедляется свет, мы можем оценить эту дымку, даже если она слишком слаба, чтобы ее увидеть».

«Проблема «пропавших барионов», которая длится уже десятилетиями, никогда не была связана с существованием материи», — сказал Коннор. «Всегда было: где она? Теперь, благодаря FRB, мы знаем: три четверти ее плавают между галактиками в космической паутине».

Результаты надежны: около 76% барионной материи во Вселенной находится в межгалактической среде. Около 15% находится в гало вокруг галактик, а небольшая часть зарыта в звездах или в холодном галактическом газе. Это распределение согласуется с предсказаниями космологических симуляций, но никогда не было напрямую подтверждено до сих пор.

Очки для ничьи

Поиск пропавших барионов — это не просто упражнение в составлении адресной книги или проведении переписи материи. Их распределение содержит ключ к разгадке важнейших явлений — например, того, как формируются галактики, как материя скапливается во вселенной и как свет проходит миллиарды световых лет.

«Барионы притягиваются в галактики гравитацией, но сверхмассивные черные дыры и взрывающиеся звезды могут выталкивать их обратно — как космический термостат, охлаждающий вещи, если температура становится слишком высокой», — сказал Коннор. «Наши результаты показывают, что эта обратная связь должна быть эффективной, выталкивая газ из галактик в межгалактическую среду».

Астрофизики сейчас продолжают поиск большего количества FRB, чтобы повысить значимость своих расчетов. Но все еще есть свободные концы, которые нужно связать: в дополнение к незнанию того, что вызывает эти огромные всплески энергии, существует соотношение, известное как соотношение Маккара , которое предполагает, что чем дальше находится FRB, тем больше диффузного газа он покажет между галактиками - но не все FRB подчиняются этому правилу.

Другие новости о:

Больше тем