Дълги години учените не успяват да намерят парче материя във Вселената. Наскоро публикуваните материали показват къде се крие.
Астрономите най-накрая откриха последните липсващи парчета от Вселената. Те се крият от средата на 90-те и в един момент изследователите решават да направят инвентаризация на цялата "обикновена" материя в космоса, включително звезди, планети, газ - тоест всичко, което се състои от атомни частици. (Това не е „тъмна материя“, което е отделна загадка.) Учените имаха доста ясна представа колко трябва да бъде тази материя въз основа на изводите на теоретичните проучвания за произхода й по времето на Големия взрив. Проучванията на космическия микровълнов фон (останките от светлина от Големия взрив) по-късно потвърдиха тези първоначални оценки.
Те събраха цялата материя, която можеха да видят: звезди, газови облаци и други подобни. Тоест всички така наречени бариони. Те представляват само 10% от това, което трябваше да бъде. И когато учените стигнаха до извода, че обикновената материя представлява само 15% от цялата материя във Вселената (останалата част е тъмна материя), по това време те бяха описвали само 1,5% от цялата материя във Вселената.
След провеждането на поредица от изследвания, астрономите наскоро откриха последните парчета от обикновената материя във Вселената. (Те все още недоумяват, без да знаят от какво е направена тъмната материя.) И макар да отне много време да търсят, учените го намериха точно там, където очакваха да го намерят: в огромните къдрици от горещи газове, които заемат празнините между галактиките. По-точно, те се наричат топло-гореща междугалактическа среда (WHIM).
Първите индикации, че огромни региони на по същество невидим газ могат да съществуват между галактики, произлизат от компютърни симулации през 1998 г. „Искахме да видим какво се случва с целия този газ във Вселената“, каза космологът Йеремия Острикер от Университета в Принстън, който изгради един такъв модел с колегата си Рениу Сен. Тези учени са моделирали движението на газ във Вселената под въздействието на гравитацията, светлината, експлозиите на свръхновата и всички сили, които движат материята през космоса. „Установихме, че газът се натрупва в откриваеми нишки“, каза Острикер.
Но те не можаха да намерят тези теми - тогава.
"Още от първите дни на космологичното моделиране стана ясно, че значителна част от барионната материя съществува в гореща дифузна форма извън галактиките", каза астрофизик от университета в Ливърпул. Джон Мур Иън Маккарти. Астрономите смятаха, че тези горещи бариони ще отговарят на космическа надстройка, направена от невидима тъмна материя, която запълва гигантските празнини между галактиките. Силата на привличане на тъмната материя трябва да привлича газ и да го нагрява до температура от няколко милиона градуса. За съжаление намирането на горещ и разреден газ е изключително трудно.
За да открият скритите нишки, два екипа от учени независимо започнаха да търсят прецизно изкривяване на реликвата радиация (последващо сияние от Големия взрив). Тъй като светлината от ранната Вселена тече през космическото пространство, тя може да бъде засегната от регионите, през които преминава. По-специално, електроните в горещ йонизиран газ (който представлява топло-гореща междугалактична среда) трябва да взаимодействат с протони от реликтовото лъчение и по такъв начин, че това да даде на протоните допълнителна енергия. Следователно, спектърът на CMB трябва да бъде изкривен.
Промоционално видео:
За съжаление, дори най-добрите CMB карти (получени от спътника на Планк) не показват такива изкривявания. Или нямаше газ, или ударът беше твърде слаб и незабележим.
Но учени от двата екипа бяха решени да го направят видим. Те знаеха от компютърните модели на Вселената, в които се появяват все повече и повече подробности, че газът трябва да се простира между масивни галактики като паяжина на перваза на прозореца. Сателитът Планк никъде не е успял да види газта между двойки галактики. Така изследователите са измислили начин да усилят слаб сигнал милион пъти.
Първо те сканираха каталози на известни галактики в опит да намерят правилните двойки, тоест галактики, които са достатъчно масивни и са на такова разстояние една от друга, че между тях може да се появи доста гъста мрежа от газ. След това астрофизиците се върнаха към сателитните данни, разположени на всяка двойка галактики и по същество издълбаха този регион извън космоса с цифрови ножици. С повече от милион изрезки в ръце (това е колко екипът на абитуриентката от университета в Единбург, Анна де Грааф), те започнаха да се въртят, разширяват и намаляват, така че всички двойки галактики да се виждат в една и съща позиция. След това насложиха милион галактически двойки Взаимно.(Екип от изследователи, ръководен от Хидеки Танимура от Института за космическа астрофизика в Орсей, е събрал 260 000 двойки галактики.) И тогава отделните нишки, представляващи призрачни нишки на горещ разреден газ, изведнъж стават видими.
Този метод има своите недостатъци. Според астронома Майкъл Шул от университета в Колорадо Боулдър, тълкуването на резултатите изисква определени предположения за температурата и разпределението на горещия газ в пространството. И при припокриващи се сигнали „винаги има безпокойство за„ слабите сигнали “, които са резултат от комбинацията от огромно количество данни. „Както понякога се случва при социологическите проучвания, можете да получите грешни резултати, когато в разбивката се появят остатъци или случайни грешки в извадката, които изкривяват статистиката.“
Изхождайки отчасти на тези съображения, астрономическата общност отказа да счита този въпрос за уреден. Необходим беше независим метод за измерване на горещи газове. Това лято се появи.
Ефект на маяка
Докато първите две групи изследователи наслоявали сигнали един върху друг, третият екип започнал да действа по различен начин. Тези учени започнаха да наблюдават далечен квазар, както наричат ярък обект на милиарди светлинни години, за да открият газ в уж празното междугалактическо пространство, през което преминава светлината му. Беше като да изследваш лъч от далечен маяк, за да анализираш мъглата, натрупана около него.
Обикновено, когато астрономите правят такива наблюдения, те търсят светлина, погълната от атомен водород, тъй като този елемент е най-много във Вселената. За съжаление в този случай тази опция беше изключена. Топло-горещата междугалактична среда е толкова нажежена, че йонизира водорода, като го лишава от единствения си електрон. Резултатът е плазма от свободни протони и електрони, които изобщо не абсорбират светлина.
Затова учените решиха да потърсят друг елемент - кислород. Кислородът в топла гореща междугалактична среда е много по-малък от водорода, но атомният кислород има осем електрона, докато водородът има такъв. Поради топлината, повечето от електроните отлитат, но не всички. Този изследователски екип, воден от Фабрицио Никастро от Националния институт по астрофизика в Рим, проследява светлината, погълната от кислород, който е загубил шест от осемте си електрона. Те откриха два района на горещ междугалактичен газ. „Кислородът дава сигнал, който показва наличието на много по-голям обем водород и хелий“, казва Шул, който е в екипа на Nikastro. След това учените сравниха количеството газ, което намериха между Земята и квазара, с Вселената като цяло. Резултатът показа, че са намерили липсващите 30%.
Тези цифри също са напълно съвместими с изводите от проучването на CMB. „Нашите екипи разгледаха различни парчета от един и същи пъзел и стигнаха до същото заключение, което ни вдъхва увереност предвид разликата в методите на изследване“, казва астрономът Майк Бойлан-Колчин от Тексаския университет в Остин.
Следващата стъпка, каза Шул, трябва да бъде да се наблюдават повече квазари с ново поколение рентгенови и ултравиолетови телескопи с по-висока чувствителност. „Квазарът, който гледахме, беше най-добрият и светъл фар, който можехме да намерим. Други ще бъдат по-малко ярки и наблюденията ще продължат по-дълго “, каза той. Но за днес изводът е ясен. „Заключваме, че липсващата барионова материя е намерена“, пишеха учените.
Катя Москвич (КАТИЯ МОСКВИТЧ)