13 миллиардов лет в тумане: потерянная материя Вселенной вышла из тени

Около половины обычной материи во Вселенной долгое время оставалась невидимой — пока астрономы не нашли способ проследить её тонкий след среди звёзд и галактик.

Материя, которая была, но словно исчезла

Мы знаем, что всё вокруг — люди, звёзды, планеты — состоит из так называемой обычной материи. Она же — барионная, поскольку состоит из барионов: протонов и нейтронов. Но космологи давно бились над странной проблемой: согласно расчетам, значительная часть этой материи должна существовать, но ее никак не удавалось обнаружить.

Эта "пропажа" особенно бросалась в глаза, если сравнивать данные космического микроволнового фона — света от Большого взрыва — с наблюдаемой структурой Вселенной.

Радиовсплески помогли рассмотреть незаметное

Ответ нашёлся благодаря явлению, которое само по себе остаётся загадкой — быстрым радиовсплескам (FRB). Это мощные импульсы радиоволн, приходящие из далёких уголков космоса. Некоторые из них, как предполагают учёные, могут быть вызваны нейтронными звёздами с экстремальными магнитными полями, образовавшимися после вспышек сверхновых.

Когда радиоволны от FRB проходят сквозь Вселенную, они преломляются и замедляются, сталкиваясь с материей. Этот эффект позволяет определить, сколько вещества встретилось на их пути. Именно так международная группа исследователей нашла "недостающую" материю.

Космическая паутина — дом для "потерянного"

Как рассказал профессор Лиам Коннор из Гарвардского университета, основная часть обнаруженной материи оказалась рассеяна в виде тонкого газа в межгалактическом пространстве — своеобразной "туманной" паутины между галактиками. Эта структура известна как межгалактическая среда.

"Люди, планеты и звёзды сделаны из барионов. Мы знали, что обычная материя существует, просто не понимали, где она прячется", — объяснил Коннор.

Часть материи также локализована в гало галактик, включая Млечный путь, а небольшая доля — около 9% — сконцентрирована внутри самих галактик, в виде звёздного газа и самих звёзд.

Бурные процессы, которые разметали вещество

Откуда же вся эта материя взялась за пределами галактик? По словам учёных, виновники — взрывы сверхновых и активность сверхмассивных чёрных дыр. Они буквально выбрасывают облака газа на миллионы световых лет от галактик.

"Если бы Вселенная была более спокойной, всё обычное вещество собрало бы звёзды. Но из-за активности чёрных дыр и взрывов звёзд, материя рассеивается по космосу", — пояснил Коннор.

Новый телескоп — новая точность

Для обнаружения материи команда использовала сеть из 110 радиотелескопов, известную как Deep Synoptic Array, расположенную в Калифорнии. Из 69 проанализированных FRB 39 были зафиксированы именно с её помощью. Остальные пришли из других обсерваторий. Некоторые радиовсплески пришли с расстояния до 9,1 миллиарда световых лет — это рекорд.

Теперь, когда вся обычная материя "переписана", астрономы могут сосредоточиться на следующей головоломке — тёмной материи. Мы не знаем, из чего она состоит, но она доминирует по массе во Вселенной.

Теперь мы можем перейти к более важным вопросам: как устроена тёмная материя и почему она так ускользает от нас.

Уточнения

Вселе́нная — не имеющее строгого определения понятие в астрономии и философии, под которым чаще всего подразумевается совокупность всей существующей в мире энергии, материи и пространства-времени.