Нам чогось не вистачає. І дуже багато чого.
Космологи знають про це вже давно. Математичні розрахунки кажуть, що звичайної матерії має бути більше. Тієї самої, з якої складаються зірки, планети і ви з нами. Але коли ми дивимося на галактики, цифри не сходяться. Ми бачимо лише близько десятої частини від того, що передбачає модель Великого вибуху.
Десятиліттями вважалося, що все просто: решта матерії ховається. Ймовірно, вона ширяє в порожніх порожнечах між галактиками. Розріджена. Невидима. Майже невиявлена.
Поки що негаразд.
Нове дослідження перевертає уявлення про місце розташування зниклої галактичної матерії. Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) та колаборації CHIME/FRB нарешті знайшли її. Виявилося, що шлях цієї матерії був дуже насильницьким.
Як швидкі радіоімпульси відображають невидиму матерію
Проблема була не в найкращих телескопах. Вона була у «шумі».
Вчені використовували швидкі радіоімпульси (FRB). Ці явища були відкриті у 2007 році. Це мілісекундні спалахи радіохвиль. Неймовірно яскраві. Вони приходять з відстані мільярди світлових років. Мандруючи до Землі, вони проходять через міжгалактичний газ. Матерія розмиває сигнал, розтягуючи його в часі.
Уявіть це як космічний рентген.
«Вони починаються як дуже швидкий спалах, — пояснює Хаочен Ван, аспірант Інституту Кавлі при MIT. — Проходячи через матерію, вони розмиваються. Ми з високою точністю вимірюємо цей ступінь розмиття».
Ступінь розмиття прямо пропорційна кількості речовини по дорозі сигналу. Чим сильніше розмиття, тим більша маса.
Щоб точно визначити, де саме знаходиться ця матерія, команда об’єднала дані з двох потужних джерел: Канадського експерименту з картування інтенсивності водню (CHIME) та Спектроскопічного інструменту темної енергії (DESI). Вони перехресно зіставили тисячі сигналів FRB із мільйонами координат галактик.
Чи розмивався сигнал усередині галактик? Чи між ними?
Відповідь змінила все.
Чому чорні діри більш насильницькі, ніж ми думали
Зникла матерія справді перебуває між галактиками. Але не там, де ми чекали.
Симуляції передбачали, що газ буде відносно близько — за кількасот тисяч світлових років від центру галактики. Можливо, до мільйона світлових років.
Нові дані показують, що газові хмари простягаються на відстань 4 мільйони світлових років.
Це далеко. Дуже далеко.
Якщо ви м’яко пнете м’яч, він покотиться. Щоб відправити його на орбіту, потрібна серйозна сила. Цю матерію не просто відштовхнули. Її кинули.
Кійоші Масуї, професор фізики в MIT, сказав це прямо: активність зірок і струменя чорних дірок «набагато насильніші, ніж передбачалося».
Наслідки цього відкриття є очевидними.
- Струмені чорних дірок б’ють сильніше.
- Вибухи наднових розкидають речовину далі.
- Галактики втрачають матерію в космос зі швидкістю, що суперечить поточним симуляціям.
Всесвіт більш енергійний, ніж дозволяють наші моделі.
Який метод нарешті вирішує загадку звичайної матерії
Йдеться не просто про пошук відсутніх фрагментів. Йдеться про метод.
Використання FRB як зонди для зниклої галактичної матерії стало проривом. До цього газ був надто розріджений, щоб його помітити. Тепер ефект розмиття надає чіткий критерій вимірювання.
Результати, опубліковані в журналі Physical Review Letters, підтверджують два факти.
- Звичайна матерія існує. Вона не зникла. Вона просто була зміщена.
- Механізми, що зміщують її, сильніші, ніж враховує сучасна фізика.
Дев’ятнадцять відсотків Всесвіту (згідно з деякими оцінками, до 17-19%) має становити звичайну речовину. Усередині меж галактик ми врахували лише частину цього обсягу. Решта знаходиться там, у глибокій темряві. Викинуте силами, які ми тільки починаємо вимірювати.
CHIME продовжує збирати дані. Знаходяться нові FRB. Карта стає все виразніше.
Але питання залишається відкритим: якщо галактики втрачають стільки енергії та матерії, що це робить із структурою космічного павутиння?
Можливо, нам доведеться переписати правила галактичної еволюції. Вкотре.
