Международная коллаборация с участием ученых Массачусетского технологического института (MIT) пришла к выводу, что значительная часть «пропавшей» обычной материи находится в разреженных облаках вокруг галактик. Выводы основаны на анализе 2870 быстрых радиовсплесков (FRB) и данных о более чем 6 миллионах галактик. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Долгое время астрономы не могли объяснить расхождение между расчетами содержания барионной материи в ранней Вселенной и наблюдаемым количеством вещества в современную эпоху. Согласно оценкам, вскоре после Большого взрыва на долю барионов (протонов и нейтронов) приходилось около 17% всей материи, остальная часть — темная материя. Однако масса всех звезд, галактик и известных газовых облаков составляет лишь десятую часть от расчетного количества обычного вещества.
Главные мысли за 1 минуту
- Проанализировав 2870 быстрых радиовсплесков (FRB), ученые обнаружили устойчивую связь между количеством FRB и плотностью галактик.
- «Пропавшая» материя распределена не в плотных облаках вокруг галактик, а в виде чрезвычайно разреженных «пузырей» диаметром до 4 миллионов световых лет.
- Типичная галактика имеет радиус несколько сотен тысяч световых лет, а следы барионов находят на расстоянии до 4 миллионов световых лет — дальше, чем предсказывали модели.
- Причина — мощные выбросы газа от сверхмассивных черных дыр и взрывов сверхновых, которые работают как гигантские космические фонтаны.
- Метод, основанный на измерении временного «размазывания» FRB при прохождении через материю, может стать точнее по мере накопления новых данных телескопа CHIME.
Что такое быстрые радиовсплески и как они помогают находить невидимое вещество
Быстрые радиовсплески (FRB) — сверхъяркие миллисекундные сигналы, приходящие из далеких галактик. При распространении через космос радиоволны разной энергии проходят сквозь встречающиеся облака материи, что приводит к их разной задержке. Исходный короткий импульс «размазывается» во времени. Чем больше вещества на пути сигнала, тем сильнее этот эффект.
Исследователи измерили степень такого «размазывания» у тысяч зафиксированных на Земле FRB. Затем сопоставили эти данные с картой расположения галактик из обзора темной энергии DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), чтобы выделить вклад известного вещества галактик и ранее неучтенной разреженной материи.
Материя на расстоянии до 4 миллионов световых лет
Анализ показал устойчивую закономерность: чем больше галактик в данной области пространства, тем больше возле них обнаруживается пропавшей материи. Однако найденное вещество не образует плотное облако непосредственно вокруг галактики. Оно простирается на огромные расстояния, формируя крайне разреженные «пузыри» или диффузные облака, охватывающие как отдельные галактики, так и целые группы.
Типичная галактика имеет размер в несколько сотен тысяч световых лет, но следы обычной материи удалось зафиксировать на дистанциях до 4 миллионов световых лет. Это значительно превосходит предсказания многих компьютерных моделей формирования галактик.
Галактики оказались похожи на огромные космические фонтаны
Ученые связывают столь далекое распространение материи с мощными внутренними процессами. Джеты сверхмассивных черных дыр, взрывы сверхновых и другие высокоэнергетические явления способны выбрасывать газ далеко за пределы родительских галактик. Результаты нового исследования показывают, что эти процессы намного масштабнее, чем считалось ранее.
«Мы обнаруживаем материю, которая была вытолкнута на гораздо большие расстояния», — отметил доцент физики MIT Киёси Масуи. По его словам, полученные измерения указывают на то, что активность звезд и черных дыр может быть более сильной и разрушительной, чем предсказывают существующие модели.
«Мы обнаружили, что активность внутри галактик гораздо более хаотична, чем мы думали. Они больше похожи на фонтаны, которые выталкивают газ на очень большие расстояния», — пояснила аспирантка Института астрофизики и космических исследований имени Кавли при MIT Хаочэнь Ван.
Ранее быстрые радиовсплески уже подтверждали существование разреженных облаков обычной материи между галактиками. Новое исследование впервые позволило детально изучить пространственную структуру этой материи непосредственно вокруг галактик — там, где она, по-видимому, и находится в заметных количествах. По мере накопления данных с радиотелескопа CHIME методика обещает стать еще точнее и составить более полную карту распределения обычного вещества во Вселенной.
