Науковці відкрили загадку зниклої матерії Всесвіту

Звичайна (баріонна) матерія, з якої складаються зірки, планети і навіть ми самі, становить лише малу частину загальної матерії Всесвіту, інформує 24 Канал. Хоча вона випромінює світло різних довжин хвиль і теоретично може бути виявлена, її розсіяність у величезних просторах космосу робить це завдання надзвичайно складним, особливо на відстанях у сотні мільйонів чи мільярди світлових років.

Світловий рік – це відстань, яку світло проходить за один рік, тобто приблизно 9,46 трильйона кілометрів, і це допомагає зрозуміти, наскільки далекі ці об’єкти від нас.

Дослідники з Caltech використали радіотелескоп DSA-110 для збору даних про розподіл цієї матерії в просторі. Результати показали, що 76% звичайної матерії розташоване в міжгалактичному просторі, 15% зосереджено в гало галактик, а решта знаходиться всередині самих галактик у вигляді зірок та холодного галактичного газу.

Ці дані підтверджують прогнози складних космологічних моделей, хоча раніше їх не вдавалося перевірити прямими спостереженнями.

Як знайшли "зниклу" матерію?

Щоб виявити розсіяну матерію, астрономи скористалися унікальними "прожекторами" Всесвіту – швидкими радіосплесками (Fast Radio Bursts, FRBs). Ці сплески – це короткі, але надзвичайно потужні імпульси радіохвиль, які тривають лише кілька мілісекунд, і їхнє походження досі залишається загадкою для науки, хоча для цього дослідження важливий лише їхній ефект.

FRBs випромінюють потужний радіоімпульс, який заломлюється, зустрічаючи розсіяну матерію на своєму шляху.

Коли радіохвилі від цих сплесків досягають Землі, вони розсіюються на різні довжини хвиль, подібно до того, як призма розкладає сонячне світло на веселку. Ступінь цього розсіювання, або дисперсії, залежить від кількості матерії на шляху світла.

Для дослідження було відібрано 69 швидких радіосплесків, координати яких були визначені з достатньою точністю, причому найвіддаленіший з них знаходився на відстані 9,1 мільярда світлових років, а найближчий – за 11,7 мільйона світлових років від Землі.

Чому це важливо для науки

Отримані дані допоможуть дослідникам краще зрозуміти, як формуються та еволюціонують галактики, а також продемонструють, як швидкі радіосплески можна використовувати для розв’язання важливих космологічних проблем. Одним із таких питань є визначення маси нейтрино – частинок, які, за Стандартною моделлю фізики, не повинні мати маси, але спостереження показують, що вона у них є, хоча й надзвичайно мала.

Простіше кажучи, нейтрино – це "примарні" частинки, які майже не взаємодіють із матерією, але їхня маса може вказати на нові закони фізики, які виходять за межі наших поточних знань.

Плани на майбутні дослідження DSA-2000

Справжній прорив очікується після введення в експлуатацію нового, потужнішого радіотелескопа DSA-2000, будівництво якого заплановано в пустелі Невада. Цей інструмент зможе виявляти до 10 000 швидких радіосплесків на рік, що значно підвищить їхню цінність як інструментів для вивчення звичайної матерії та допоможе глибше зрозуміти природу самих FRBs.

До речі, нещодавно наземні телескопи вперше зафіксували поляризоване реліктове випромінювання. Це відкриття має значення для розуміння епохи реіонізації, коли перші зорі почали формуватися у Всесвіті.