Загадката на липсващата материя притеснява космолозите от около 20 години. Тази неуловима материя не е невидимата, неидентифицирана тъмна материя, която съставлява по-голямата част от масата във Вселената.
Това е обикновена материя, съставена от частици, наречени бариони, най-вече протони и неутрони, изграждащи звезди, планети и самите нас.
Астрономите извършиха ново преброяване на материята във Вселената, изследвайки как ярките проблясъци на радиовълни от други галактики, наречени бързи радиоимпулси, се изкривяват от частиците, които срещат на път към Земята. Този анализ показва, че около половината от обикновената материя на Вселената, която не можеше да се открие от десетилетия, се носи в огромното пространство между звезди и галактики, съобщават изследователите онлайн на 27 май в списание Nature.
Наблюденията на светлината, излъчена когато Вселената е била млада, показват, че барионите трябва да съставляват приблизително 5% от цялата маса и енергия в космоса. Но в съвременната Вселена цялата материя, която астрономите могат лесно да видят, като звездите и газовете в галактиките, съставя само около половината от очакваното количество материя.
Учените отдавна подозират, че липсващата материя се крие между галактиките, заедно с газовите нишки между галактическите струпвания, образуващи огромна космическа мрежа, но не успяват да ги открият, защото са много разпръснати и не светят ярко.
Илюстрацията показва как FRB пътува от своята галактика към Земята. Кредит: ICRAR
Част от междугалактическата материя се открива по начина по който тя поглъща светлината на далечни ярки обекти, наречени квазари. Но единственият начин за инвентаризация на всички бариони, носещи се в междугалактическото пространство, разчита на тайнствените изблици на радиовълни от други галактики, вероятно генерирани от енергийната активност около неутронни звезди или черни дупки.
Тези експлозии, наречени бързи радиоимпулси или FRB (fast radio burst) са кратки проблясъци на енергия, които сякаш идват от произволни посоки в небето и продължават само милисекунди. Учените все още не знаят какво ги причинява, но те имат невероятна енергия, еквивалентна на количеството, освободено от Слънцето за 80 години. И са трудни за откриване, тъй като астрономите не знаят кога и къде да ги търсят.
Въпреки че никой не знае какво причинява тези експлозивни радиоимпулси, те могат да бъдат полезни барионни детектори. Високочестотните високоенергийни радиовълни пресичат междугалактичната материя по-бързо от нискочестотните вълни. Колкото повече междугалактично вещество материя пресичат вълните на FRB, толкова по-далеч изостават вълните му с по-ниска честота, създавайки откриваемо размазване в радиосигнала когато достигне Земята.
Когато преминава през напълно празно пространство, всички дължини на вълната на FRB пътуват с една и съща скорост, но когато преминава през липсващата материя, някои дължини на вълната се забавят. Кредит: ICRAR.
Астрофизикът Дж. Ксавиер Прохаска от Калифорнийския университет, Санта Крус и колегите му проучват пет бързи радиосигнала от пет галактики, всички открити от Australian Square Kilometre Array Pathfinder, масив от радиотелескопи, разположен в обсерваторията за радиоастрономия Мърчисън в австралийския Среден Запад.
За всеки FRB-сигнал изследователите сравняват времената на пристигане на радиовълните с различна честота, за да установят броя на барионите, които импулсът е срещнал по време на пътуването си през междугалактическото пространство. Тогава, използвайки разстоянието между галактиката, от която идва FRB и Млечния път, екипът на Прохаска може да изчисли плътността на барионите по този път.
Ярките изблици на радиовълни от други галактики, наречени бързи радиоимпулси или FRB, помогнаха на астрономите да намерят по-рано неоткриваемата обикновена материя. От FRB стават добри детектори на материя, защото радиовълните се повлияват от частиците, които срещат, докато преминават през Вселената. Въпреки че радиовълните пътуват с една и съща скорост през празното пространство, вълните с по-висока честота (показани в лилаво) преминават през междугалактичната материя по-бързо от вълните с по-ниска честота (показани в червено). Чрез измерване във времето на пристигане на радиовълни с различна честота на Земята, астрономите могат да разберат колко частици материя FRB са срещнали по време на своето пътуване през космоса. Това им позволява да идентифицират материята в неизследваните региони между галактиките, които по-рано се смятаха за неоткриваеми.
Средната плътност на материята между Млечния път и всяка от петте галактики, от които са тръгнали FRB сигналите, възлиза на около един барион на кубически метър. Материята в Млечния път е около 1 милион пъти по-плътна от това, коментира Прохаска, което прави междугалактическите пространства „много разредена среда“. Но цялото това разредено вещество, взето заедно, е достатъчно, за да отчете цялата липсваща материя на Вселената - довеждайки обикновената материя до около 5 процента от общата материя и енергия на съвременната Вселена, казват изследователите.
Използването на детектори на космически станции, за да регистрират повече бързи радиоимпулси също ще бъде полезно за по-точното определяне къде точно се намира цялата материя във Вселената.
В момента всички изследователи могат да кажат за липсващата материя, че тя е между галактиките. Но с хиляди наблюдения на FRB, астрономите биха могли да започнат да намират леките вариации на плътността на барионите по зрителните линии между Млечния път и други галактики, за да очертаят космическата мрежа.
Справка:
Reference: “Localized fast radio bursts complete the baryon census of the Universe” by J.-P. Macquart, J. X. Prochaska, M. McQuinn, K. W. Bannister, S. Bhandari, C. K. Day, A. T. Deller, R. D. Ekers, C. W. James, L. Marnoch, S. Osłowski, C. Phillips, S. D. Ryder, D. R. Scott, R. M. Shannon and N. Tejos, 28 May 2020, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-020-2300-2
Източник:
Half the universe’s ordinary matter was missing — and may have been found, Science news
Cosmic Fast Radio Bursts Detect Universe’s “Missing Matter” – Solving a Decades-Old Mystery, SciTechDaily
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари