Астрономия

Расчеты показывают, что значительная часть обычной материи содержится не в звездах и планетах, а в межгалактическом пространстве. Это крайне разреженное вещество невозможно наблюдать напрямую, но ученые нашли подходящий «инструмент» — быстрые радиовсплески. В новом масштабном исследовании астрономы изучили более полусотни таких событий и выявили «потерянную» материю Вселенной.

Быстрые радиовсплески — яркие, обычно единичные радиоимпульсы из далекого космоса, которые длятся лишь несколько миллисекунд. Ученые пока не понимают природу их происхождения, но это не мешает использовать эти «фонари» в качестве измерительного прибора. Пока импульс быстрого радиовсплеска «летит» сквозь космос, некоторые волны в его составе «натыкаются» на вещество в межзвездном пространстве, в частности на свободные электроны, и замедляются.

«Быстрые радиовсплески играют роль космических фонарей. Они светят сквозь дымку межгалактической среды, и, несмотря на то, насколько тусклая эта дымка, мы можем взвесить ее, точно измеряя замедление света», — объяснил ведущий автор нового исследования Лиам Коннор, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

Ученые проаналазировали данные более чем 60 быстрых радиовсплесков. Самый близкий из них — FRB 20200120E — «прилетел» из галактики Боде (M81) в 11,2 миллиона световых лет от нас. Самый дальний — из времен, когда Вселенной было всего 4,7 миллиарда лет. Этот FRB 20230521B с красным смещением 1,35 — рекордный по удаленности быстрый радиовсплеск из известных на сегодня.

Подобные исследования проводили раньше, но не в таком масштабе. Также примененные ранее методы не позволяли отличить вещество в гало галактик от материи в межгалактическом пространстве, отметили авторы новой работы. На этот раз исследователи смогли выявить распределение вещества отдельно в межгалактическом пространстве, скоплениях галактик и самих галактиках. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Многолетняя „проблема потерянных барионов” никогда не подвергала сомнению существование недостающего вещества. Вопрос был в том, где оно? Теперь, благодаря быстрым радиовсплескам, мы знаем: три четверти вещества летает между галактиками в космической паутине», — объяснил Коннор.

По новым подсчетам: примерно 76% обычного вещества находится в межгалактическом пространстве, около 15% — в гало галактик, лишь 1% — в холодном газе внутри галактик. Оставшееся вещество содержится в звездах и звездных остатках, но точно измерить это значение непросто.

«Мы вступаем в золотой век [космологии радиовсплесков]. Радиотелескопы следующего поколения вроде DSA-2000 и CHORD смогут уловить тысячи быстрых радиовсплесков, что позволит нам построить очень детализированную карту космической паутины», — добавил соавтор исследования Викрам Рави, доцент кафедры астрономии в Калифорнийском технологическом институте.

Радиотелескоп DSA-2000 строят в США. Он будет состоять из двух тысяч пятиметровых параболических антенн, разбросанных по площади 19 на 15 километров. По плану, DSA-2000 должен заработать в 2028 году. Радиотелескоп CHORD возводят в Канаде, рядом с «предшественником» CHIME. Он будет состоять из 512 тарелок, 64 из которых начнут работу к концу 2025 года. Помимо быстрых радиовсплесков, ученые будут использовать его для поиска новых галактик и измерения вещества во Вселенной.