Введение

В последние десятилетия астрономы сталкиваются с загадкой, касающейся обычного вещества во Вселенной. Несмотря на то, что звёзды и галактики составляют значительную часть видимого вещества, учёные недоумевают: где же всё остальное? Новое исследование, проведенное группой учёных из Массачусетского технологического института (MIT) в рамках сотрудничества CHIME/FRB, предлагает решение этой загадки, используя радиовсплески для обнаружения недостающего вещества в межгалактическом пространстве.

Загадка недостающего вещества

Согласно оценкам физиков, сразу после Большого взрыва около 83% всего вещества во Вселенной составляло невидимое тёмное вещество, а остальная часть приходилась на обычное вещество. Однако, современные наблюдения показывают, что количество обычного вещества, которое мы можем наблюдать в звёздах и галактиках, не соответствует этим оценкам. Вопрос в том, куда делось недостающее вещество?

Новый подход к поиску вещества

Ученые из MIT разработали метод, который позволяет выявить недостающее вещество, комбинируя данные о местоположении галактик с обнаружениями быстрых радиовсплесков (FRB). FRB — это яркие, кратковременные всплески радиоволн, возникающие в результате крайне энергичных явлений в далеких уголках Вселенной. По мере своего движения через пространство сигнал FRB растягивается или «размазывается» во времени. Чем больше недостающего вещества находится на его пути, тем более размазанным становится сигнал.

Методология исследования

Команда MIT измерила уровень размазывания, который испытали тысячи сигналов FRB, зарегистрированных на Земле. Затем они сопоставили каждое размазывание FRB с размещением галактик по всей Вселенной, чтобы определить, сколько размазывания происходило из-за вещества в галактиках и какое количество относилось к недостающему веществу. Этот метод не только подтвердил наличие недостающего вещества, но и указал, где оно располагается.

Результаты исследования

Исследование показало, что недостающее вещество находится в разрежённых облаках, окружающих группы галактик. Эти облака простираются на гораздо большие расстояния, чем предполагали учёные. Как отметил Хаочен Ван, аспирант MIT: «Мы обнаружили, что в целом, где больше галактик, там больше недостающего вещества». Это открытие поддерживает гипотезу о том, что вещество выбрасывается за пределы галактики через струи черных дыр, взрывающиеся звёзды и другие высокоэнергетические процессы.

Физические процессы и их значение

Результаты исследования подтверждают, что процессы, происходящие в галактиках, такие как звёздная активность и активность черных дыр, гораздо более энергичны и разрушительны, чем учёные предполагали ранее. Киёси Масуи, доцент физики в MIT, отметил: «Мы находим недостающее вещество, которое выбрасывается на более крупные масштабы». Это открытие может изменить наше понимание формирования галактик и их взаимодействия с окружающей средой.

Структура вещества во Вселенной

Подавляющее большинство обычного вещества во Вселенной состоит из барионов — субатомных частиц, которые включают протоны и нейтроны, составляющие основную массу атома. Ученые оценивают, что всего 17% ранней Вселенной составляло это «барионное» вещество. Однако общая масса всех звёзд, галактик и галактических облаков составляет лишь около 10% от барионного вещества, существовавшего в ранней Вселенной. Это означает, что в пространствах между галактиками должно оставаться больше вещества.

Трудности обнаружения

Поскольку Вселенная огромна, любое оставшееся вещество, вероятно, находится в условиях крайне низкой плотности, около одного протона на кубический метр, что делает его обнаружение крайне сложным. Однако Масуи и его команда обнаружили, что недостающее вещество можно выявить с помощью быстрых радиовсплесков. Эти всплески, впервые обнаруженные в 2007 году, позволяют астрономам регистрировать тысячи этих загадочных сигналов из далёких галактик, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет.

Заключение

Исследование, проведенное специалистами из MIT, открывает новые горизонты в понимании структуры и динамики Вселенной. Используя радиовсплески для изучения недостающего вещества, учёные не только подтверждают его существование, но и начинают понимать, как галактики формируются и взаимодействуют с окружающим пространством. Эти открытия подчеркивают важность дальнейших исследований, которые могут привести к новым революционным пониманием нашего космического окружения.