Согласно проведенным расчетам, большая доля обычной материи находится не в составе звезд и планет, а в межгалактическом пространстве. Данное вещество характеризуется чрезвычайно низкой плотностью и не поддается прямому наблюдению, однако исследователи обнаружили способ его обнаружения – с помощью быстрых радиовсплесков. В рамках масштабного исследования астрономы проанализировали более пятидесяти таких явлений и смогли обнаружить «утерянную» материю Вселенной.
Радиовсплески — это мощные, как правило, однократные радиосигналы из глубин космоса, характеризующиеся очень короткой продолжительностью, всего несколько миллисекунд. Несмотря на то, что ученые до сих пор не выяснили, что является причиной их возникновения, это не препятствует 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 выступают в роли космических маяков. Они проникают сквозь межгалактическую среду, и, несмотря на ее слабое освещение, мы можем определить ее плотность, точно измеряя задержку света», — объяснил ведущий автор нового исследования Лиам Коннор, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
В ходе анализа данных, полученных от более чем 60 быстрых радиовсплесков, ученые установили, что самый ближайший из них, FRB 20200120E, находится в галактике Боде (M81) на расстоянии 11,2 миллиона световых лет от Земли. Самый же удаленный из обнаруженных FRB, FRB 20230521B, исходит из эпохи, когда возраст Вселенной составлял всего 4,7 миллиарда лет. Его красное смещение равно 1,35, что делает его самым далёким быстрым радиовсплеском из всех известных на текущий момент.
Ранее подобные исследования уже осуществлялись, однако не охватывали такой объем данных. Кроме того, использовавшиеся ранее методики не давали возможности идентифицировать 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.
«Проблема исчезнувших барионов на протяжении многих лет не ставила под сомнение наличие недостающего вещества. Дискуссии велись вокруг его местонахождения. Теперь, благодаря наблюдениям быстрых радиовсплесков, стало известно: три четверти этого вещества находится между галактиками, образуя космическую паутину», — пояснил Коннор.
Согласно свежим оценкам, около 76% обычной материи распределено в межгалактическом пространстве, примерно 15% — в гало галактик, и всего 1% приходится на холодный газ внутри галактик. Остальное вещество содержится в звездах и их остатках, однако точное определение этой доли представляет собой сложную задачу.
«Наступает эпоха расцвета исследований радиовсплесков. Новые радиотелескопы, такие как DSA-2000 и CHORD, смогут зафиксировать тысячи быстрых радиовсплесков, что даст возможность создать чрезвычайно подробную карту космической паутины», — уточнил один из авторов работы, Викрам Рави, доцент астрономического факультета Калифорнийского технологического института.
В США ведется строительство радиотелескопа DSA-2000. Его конструкция предусматривает использование двух тысяч пятиметровых параболических антенн, расположенных на территории размером 19 на 15 километров. Запуск DSA-2000 запланирован на 2028 год. В Канаде возводят радиотелескоп CHORD, который разместится рядом с CHIME. Он будет включать 512 тарелок, и 64 из них начнут функционировать к концу 2025 года. Помимо исследования быстрых радиовсплесков, ученые намерены использовать телескоп для поиска новых галактик и определения количества вещества во Вселенной.