Ровно половина всей обычной материи во Вселенной оставалась без учета — до недавнего времени.

Недавние исследования, основанные на анализе коротких внегалактических всплесков радиосигналов, известных как FAST RADIO BURSTS (FRBs), позволили ученым наконец понять, где скрывается вся «исчезнувшая» материи. Согласно опубликованной 16 июня в журнале Nature Astronomy работе, с помощью этих загадочных радиовсплесков специалисты смогли сосчитать все барионные частицы — «нормальную» материя, из которой состоят звезды, планеты и протоны с нейтронами — в космосе.

Почему вопрос о «исчезнувшей» материи так важен?

Обычно считается, что Вселенная состоит из трёх основных компонентов: около 5% — обычная барионная материя, 27% — темная материя, и оставшиеся 68% — таинственная темная энергия. Однако, несмотря на то, что модели Большого взрыва предсказывают огромное количество барионных частиц, астрономы наблюдали лишь около половины ожидаемых значений. Это создавало загадку: где же исчезнувшие частицы?

Классические методы — наблюдение за звездами, газовыми облаками, галактическими коронами — помогали обнаруживать лишь часть барионов. Остальная же, предполагалось, распылялась в межгалактическом пространстве или пряталась в тонких и практически невидимых слоях газов, которые трудно обнаружить. Именно поэтому ученые долгое время искали новые методы измерения этой «невидимой» части материи.

Роль быстрых радиовсплесков в исследовании космоса

FRBs — это крайне мощные, короткие по времени (несколько миллисекунд) радиовсплески, возникновение которых до сих пор остается загадкой. Сегодня известно, что большинство из них происходят за пределами нашей галактики, и в их происхождении могут быть задействованы экстремальные астрофизические процессы вдалеке от Млечного Пути.

Практически любой радиотелескоп, наблюдающий за космосом, может фиксировать такие всплески. Однако их огромная энергия и быстрый характер превращают их в уникальный инструмент для исследования межгалактического пространства, в котором, по существу, скрыта огромное количество газа и пыли.

Методика и результаты исследования

Учёные использовали приём, основанный на прохождении радиоимпульсов через межгалактическую среду. Когда радиосигналы FRBs проходят через газовые облака, в них происходит изменение скорости распространения — этот эффект называется «дисперсией». Чем больше газа по пути, тем медленнее движется сигнал, и тем больше задержка его прихода на Землю.

«Мы можем измерять это замедление и вычислять, сколько газа находится в межгалактическом пространстве, даже если он настолько разрежен, что невидим обычными методами», — поясняет один из авторов исследования, астроном из Гарвардского университета Лиам Коннор.

Просчитав 69 событий FRB, группа ученых пришла к выводу, что около 76% всей обычной материи во Вселенной сосредоточено именно в межгалактическом газе — так называемой межгалактической среде. Значительная часть барионов находится в «ближайших» к галактикам областях, в галактических гало — горячих, сферических слоях, окружающих галактики, где в основном находится газ высокой температуры. Остальные частицы — в звездах и внутри самих галактик.

Почему этот результат уникален?

Никогда ранее учёным не удавалось так полно и точно локализовать всю барионную материю, существующую во Вселенной, — этот прорыв позволяет ответить на многолетний вопрос о том, где «прячется» половина обычной материи. «Это как увидеть тень человека, стоящего за занавеской, и понять, насколько он большой и где находится», — сравнивает Викрам Рави, астрофизик из Калтеха.

Ранее существовали только косвенные оценки, основанные на моделях и косвенных наблюдениях. Теперь же научный прогресс позволил перейти к фазе прямых измерений, что существенно повышает точность космологических расчетов.

Значение для космологии и будущие исследования

«Мы впервые получили полное «бюджетное» представление о барионных частицах», — отмечает Николас Техос, один из участников исследования. — Это означает, что проблема исчезнувших барионов практически решена.»

В будущем ученые планируют использовать сеть из 2000 радиотелескопов Deep Synoptic Array-2000, которая сможет за пять лет манипулировать всей видимой частью неба и обнаружить до 10 000 новых FRB в год. Это поможет изучить распределение барионов еще точнее, понять их происхождение и роль в эволюции Вселенной.

Заключение

Обнаружение местоположения исчезнувшей материи — важнейшее достижение современной космологии. Благодаря новым методам и технологиям, а также загадочным радиосигналам, ученым удалось решить один из ключевых вопросов о структуре и составе Вселенной. Это подтверждение того, что даже самые невидимые компоненты космоса поддаются научному анализу при правильном подходе.

Теперь космологи могут сосредоточиться на более глубоких вопросах — о роли тёмной энергии, происхождении темной материи и динамике расширения Вселенной. Исследование с использованием FRBs не только заполнило пробел в наших знаниях, но и открыло новые горизонты для междисциплинарных научных открытий.