Brakująca materia we Wszechświecie, gdzie się znajduje?
Astronomowie w ramach nowego badania obserwowali rozbłyski radiowe (FRB), dzięki czemu udało im się wskazać, gdzie znajduje się „brakująca” materia we Wszechświecie.
Naukowcy z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) i California Institute of Technology, podążając za nowoodkrytym FRB (Fast radio burst), wykazali, że ponad trzy czwarte zwykłej materii Wszechświata ukrywa się w cienkim gazie między galaktykami, co pomaga im lepiej zrozumieć, w jaki sposób materia oddziałuje i zachowuje się w całym kosmosie.
Naukowcy wykorzystali nowe dane do wykonania pierwszego szczegółowego pomiaru rozkładu zwykłej materii w kosmicznej sieci (struktura Wszechświata w dużej skali, składająca się z galaktyk, gazu i ciemnej materii, ułożona w sieć połączonych ze sobą włókien i pustek). Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Od dziesięcioleci astronomowie wiedzą, że co najmniej połowa zwykłej (barionowej) materii Wszechświata – składającej się głównie z protonów – nie została określona. Wcześniej badacze wykorzystywali techniki, w tym emisję promieniowania rentgenowskiego i obserwacje odległych kwazarów w ultrafiolecie, aby znaleźć wskazówki dotyczące ogromnych ilości tej brakującej masy w postaci bardzo cienkiego, ciepłego gazu między galaktykami. Ponieważ materia ta ma postać gorącego gazu o niskiej gęstości, była w dużej mierze niewidoczna dla większości teleskopów, pozostawiając naukowcom możliwość oszacowania, ale nie potwierdzenia, jej ilości lub lokalizacji.
Szybkie rozbłyski radiowe, to krótkie, jasne sygnały radiowe z odległych galaktyk, naukowcy niedawno wykazali, że mogą one mierzyć materię barionową we Wszechświecie, ale do tej pory nie byli w stanie znaleźć jej lokalizacji. W nowym badaniu naukowcy przeanalizowali 60 FRB, znajdujących się w odległości od 11,74 milion lat świetlnych – FRB20200120E w galaktyce M81 – do 9,1 miliarda lat świetlnych – FRB 20230521B, najodleglejszego FRB w historii. Pozwoliło im to wskazać, że brakująca materia we Wszechświecie znajduje się w przestrzeni międzygalaktycznej – ośrodku międzygalaktycznym (IGM).
„Istniejący od dziesięcioleci problem brakujących barionów nigdy nie dotyczył tego, czy materia istnieje. Zawsze chodziło o to: Gdzie ona jest? Teraz, dzięki FRB, wiemy: trzy czwarte tej materii unosi się między galaktykami w kosmicznej sieci. Teraz wiemy, gdzie ta brakująca materia we Wszechświecie jest” – mówi Liam Connor z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
Mierząc, jak bardzo każdy sygnał FRB został spowolniony w czasie swojej podróży, gdy przechodził przez przestrzeń kosmiczną, astronomowie śledzili znajdujący się tam gaz.
„FRB działają jak kosmiczne pochodnie. Przebijają się przez mgłę ośrodka międzygalaktycznego, a precyzyjnie mierząc, jak światło zwalnia, możemy zważyć tę mgłę, nawet jeśli jest zbyt słaba, aby ją zobaczyć” – tłumaczy Liam Connor.
Naukowcy odkryli, że około 76 proc. materii barionowej Wszechświata znajduje się w IGM, około 15 proc. w halo galaktyk, a niewielka część jest ukryta w gwiazdach lub zimnym gazie galaktycznym. Rozkład ten jest zgodny z przewidywaniami zaawansowanych symulacji kosmologicznych, ale do tej pory nigdy nie został bezpośrednio potwierdzony.
„To triumf współczesnej astronomii. Dzięki FRB zaczynamy widzieć strukturę i skład Wszechświata w zupełnie nowym świetle. Te krótkie błyski pozwalają nam śledzić niewidzialną materię, która wypełnia ogromne przestrzenie między galaktykami” – podkreśla Vikram Ravi z California Institute of Technology.
Jak wskazują astronomowie, informacja, gdzie znajduje się brakująca materia we Wszechświecie, jest kluczem do odkrycia głębokich tajemnic dotyczących formowania się galaktyk, łączenia się materii w kosmosie i podróży światła przez miliardy lat świetlnych.
Emil Gołoś
