Вчені знайшли «втрачену» матерію Всесвіту за межами галактик

Вчені з Массачусетського технологічного інституту знайшли відповідь на одну з найбільших загадок сучасної астрофізики — куди поділася більша частина звичайної матерії у Всесвіті. Виявилося, що вона не зникла, а була виштовхнута надмасивними чорними дірами та вибухами наднових на відстані, що в десятки разів перевищують розміри самих галактик. Результати дослідження опубліковані в авторитетному журналі Physical Review Letters.

Згідно з космологічними моделями, баріонна матерія — з якої складаються зорі, планети та люди — має становити близько 17 відсотків загальної маси-енергії раннього Всесвіту. Однак астрономи спостерігали лише 10 відсотків від цієї кількості. Решта 90 відсотків залишалися невидимими, хоча вчені припускали, що вони існують у вигляді холодного розрідженого газу в міжгалактичному просторі. Тепер це припущення отримало експериментальне підтвердження.

Для пошуку прихованої матерії дослідники використали швидкі радіосплески — короткі, але надзвичайно потужні імпульси радіовипромінювання, які виникають далеко за межами нашої галактики. Проходячи крізь газ, ці сигнали розмиваються в часі. Вимірявши ступінь розмиття для тисяч архівних сплесків і зіставивши дані з розташуванням понад 6 мільйонів галактик, науковці змогли створити карту розподілу невидимого газу.

Ключовим відкриттям стало те, що газові хмари простягаються на відстані до 4 мільйонів світлових років від своїх галактик, тоді як самі галактики мають розмір лише в кілька сотень тисяч світлових років. «Ми виявляємо, що активність у галактиках виявилася хаотичнішою, ніж ми думали, — пояснив співавтор дослідження Хаочен Ван. — Вони більше схожі на фонтани, які справді виштовхують газ на дуже великі відстані».

Астрофізик Кійоші Масуї, також із MIT, додав, що високоенергетичні процеси — релятивістські струмені чорних дір та вибухи наднових — діють значно інтенсивніше, ніж передбачало моделювання. Саме вони розганяють баріонну матерію далеко за межі галактик, утворюючи гігантські розріджені гало. Це пояснює, чому раніше цю матерію не вдавалося виявити: вона перебуває набагато далі, ніж очікувалося.

Результати підтверджують правильність фундаментальних космологічних моделей, але водночас демонструють, наскільки потужними є механізми, що керують еволюцією Всесвіту. «Ми змусили цей метод працювати вперше, і він працюватиме ще точніше в міру покращення даних», — зазначив Масуї.

Швидкі радіосплески (Fast Radio Bursts, FRB) — це одиничні імпульси радіовипромінювання тривалістю від кількох мілісекунд до секунд, уперше відкриті 2007 року. Серед основних кандидатів на роль їхніх джерел розглядають магнетари — нейтронні зорі з екстремально сильними магнітними полями — та процеси злиття компактних об'єктів. Завдяки здатності високоенергетичного випромінювання взаємодіяти з речовиною на шляху поширення, FRB стають ефективним інструментом зондування міжгалактичного середовища, дозволяючи досліджувати структуру та склад Всесвіту в масштабах, недоступних для стандартних оптичних і рентгенівських телескопів.

Нове дослідження не лише розв'язує давню проблему «зниклої» матерії, а й відкриває перспективу для вивчення того, як галактики обмінюються речовиною з навколишнім простором. Розуміння цих процесів допоможе точніше моделювати еволюцію космосу від Великого вибуху до сьогодення. Подальше вдосконалення методів спостереження за FRB, за словами авторів, дасть змогу ще детальніше картографувати приховану матерію та з'ясувати її роль у формуванні великомасштабної структури Всесвіту.