Специалисты из Массачусетского технологического института (MIT), работающие в рамках международного проекта CHIME/FRB, предложили инновационный метод для выявления обычной материи, которая ранее считалась утерянной во Вселенной. Применяя быстрые радиоимпульсы – кратковременные и очень интенсивные сигналы из глубин космоса, — группа исследователей выяснила, что большая часть этой субстанции сконцентрирована в крайне разреженных газообразных структурах, которые окутывают галактики и их группировки.

На протяжении многих лет астрономов преследовала тайна, связанная с космическим пространством. Специалисты достаточно точно определяют количество материи, существовавшей во Вселенной вскоре после Большого взрыва; однако в настоящее время наблюдаемого обычного вещества оказывается заметно меньше, чем предсказывает эти вычисления. Общая масса звёздных систем, галактик и известных газовых облаков составляет лишь приблизительно одну десятую от общего количества барионной материи, присутствовавшей во Вселенной на ранних этапах её существования.

Обычная материя преимущественно состоит из барионов – элементарных составляющих, включающих протоны и нейтроны, формирующие основную массу атомов. Согласно оценкам, вскоре после Большого взрыва около 17% всей материи во Вселенной приходилось на барионное вещество; остальная часть состояла из тёмной материи. Тем не менее, значительная доля обычной материи, по-видимому, не была включена в состав звёзд и галактик и долгое время оставалась практически незаметной.

В настоящее время учёным удалось не только идентифицировать эту «утерянную» материю, но и установить её местонахождение. Для этого коллектив исследователей объединил данные о быстрых радиовсплесках с информацией о расположении миллионов галактик.

Быстрый радиовсплеск, или FRB, это крайне интенсивное излучение в радиодиапазоне, характеризующееся очень короткой продолжительностью – всего лишь доли секунды – и исходящее из удалённых галактических систем. Проходя сквозь межзвёздную среду, сигнал взаимодействует с разнообразными веществами. Количество встреченного материала влияет на степень задержки радиоволн различной энергии, что приводит к растягиванию первоначального короткого импульса во времени.

Специалисты оценили продолжительность этого временного искажения для многочисленных быстрых радиовсплесков (FRB), зафиксированных на нашей планете. После чего они соотнесли полученные результаты с положением галактик, чтобы выяснить, какая доля наблюдаемого явления обусловлена известной материей в этих структурах, а какая — ранее не учтённым рассеянным веществом.

В ходе свежего научного труда специалисты изучили данные 2870 быстрых радиосигналов, полученных с помощью радиотелескопа CHIME, и сопоставили их информацию с сведениями о более чем шести миллионах галактик из проекта Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Проведённый анализ продемонстрировал чёткую тенденцию: увеличение количества галактик обычно сопровождается повышенной концентрацией «неучтённого» вещества в окрестностях.

Тем не менее, выявленное вещество оказалось распределено неравномерно и не формирует плотное скопление непосредственно у галактик. Оно простирается на колоссальные дистанции, образуя очень разрежённые структуры – «пузыри» или облака, окружающие отдельные звёздные системы и их объединения.

По мнению учёных, средний размер галактики составляет несколько сотен тысяч световых лет, однако признаки обычной материи были зафиксированы на расстояниях приблизительно до четырёх миллионов световых лет. Этот показатель существенно превышает прогнозы многих современных компьютерных симуляций формирования звёздных систем.

Специалисты полагают, что причиной могут быть очень энергичные события, протекающие в недрах галактик. Выбросы вещества из сверхмассивных чёрных дыр, взрывы звёзд и другие процессы с высоким энергетическим потенциалом способны выбрасывать газ за пределы своих систем. Новые данные свидетельствуют о том, что подобные явления могут быть гораздо сильнее и масштабнее, чем ранее считалось.

«Мы фиксируем вещество, которое было выброшено на значительно большие дистанции », — подчеркнул преподаватель физики из Массачусетского технологического института, Киёси Масуи. Согласно его заявлению, приобретенные данные свидетельствуют о том, что энергетическая деятельность звезд и черных дыр может быть значительно интенсивнее и деструктивнее, чем предполагают современные теоретические разработки.

Учёные проводят аналогию между галактиками и космическими фонтанами, выбрасывающими газ на колоссальные расстояния. Данный процесс оказывает существенное воздействие на формирование галактик и их взаимоотношения с окружающим пространством.

«Наши исследования выявили значительно большую степень беспорядка в процессах, происходящих внутри галактик, нежели предполагалось ранее. Их поведение напоминает фонтаны, выбрасывающие вещество на колоссальные дистанции. », — добавила научная сотрудница Института астрофизики и космических исследований Кавли при MIT, Хаочэнь Ван.

Достижение подобных результатов стало возможным благодаря особым характеристикам быстрых радиоимпульсов. Эти сигналы генерируются в отдаленных галактиках и преодолевают колоссальные расстояния во Вселенной, что позволяет анализировать их временное растяжение для определения количества материи на траектории распространения радиоволн.

Ранее подобные FRB уже применялись для подтверждения наличия рассеянных скоплений обычной материи между галактиками. Тем не менее, текущее исследование открыло возможность продвинуться дальше и впервые детально проанализировать пространственное расположение этой материи вблизи звездных систем.

Специалисты полагают, что точность данного подхода будет возрастать с поступлением дополнительных наблюдений. Телескоп CHIME постоянно фиксирует всплески радиоволн сверхмалой продолжительности, и расширение базы данных этих сигналов даст возможность создать более детальную схему расположения обычной материи в космосе.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.