Нам чего-то не хватает. И очень многого.
Космологи знают об этом уже давно. Математические расчеты говорят, что обычной материи должно быть больше. Той самой, из которой состоят звезды, планеты и вы с нами. Но когда мы смотрим на галактики, цифры не сходятся. Мы видим лишь около десятой части от того, что предсказывает модель Большого взрыва.
Десятилетиями считалось, что все просто: остальная материя прячется. Вероятно, она парит в пустых пустотах между галактиками. Разреженная. Невидимая. Почти необнаружимая.
Пока что не так.
Новое исследование переворачивает представление о местоположении пропавшей галактической материи. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и коллаборации CHIME/FRB наконец нашли ее. Оказалось, что путь этой материи был весьма насильственным.
Как быстрые радиоимпульсы отображают невидимую материю
Проблема была не в лучших телескопах. Она была в «шуме».
Ученые использовали быстрые радиоимпульсы (FRB). Эти явления были открыты в 2007 году. Это миллисекундные вспышки радио волн. Невероятно яркие. Они приходят с расстояния в миллиарды световых лет. Путешествуя к Земле, они проходят через межгалактический газ. Материя «размывает» сигнал, растягивая его во времени.
Представьте это как космический рентген.
«Они начинаются как очень быстрая вспышка, — объясняет Хаочэн Ван, аспирант Института Кавли при MIT. — Проходя через материю, они размываются. Мы с высокой точностью измеряем эту степень размытия».
Степень размытия прямо пропорциональна количеству вещества на пути сигнала. Чем сильнее размытие, тем больше масса.
Чтобы точно определить, где именно находится эта материя, команда объединила данные из двух массивных источников: Канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME) и Спектроскопического инструмента темной энергии (DESI). Они перекрестно сопоставили тысячи сигналов FRB с миллионами координат галактик.
Размывался ли сигнал внутри галактик? Или между ними?
Ответ изменил все.
Почему черные дыры более насильственны, чем мы думали
Пропавшая материя действительно находится между галактиками. Но не там, где мы ожидали.
Симуляции предсказывали, что газ будет находиться относительно близко — в нескольких сотнях тысяч световых лет от центра галактики. Возможно, до миллиона световых лет.
Новые данные показывают, что газовые облака простираются на расстояние 4 миллиона световых лет.
Это далеко. Очень далеко.
Если вы мягко пнете мяч, он покатится. Чтобы отправить его на орбиту, нужна серьезная сила. Эту материю не просто оттолкнули. Ее метнули.
Кийоши Масуи, профессор физики в MIT, сказал это прямо: активность звезд и струи черных дыр «намного более насильственны, чем предполагалось».
Следствия этого открытия очевидны.
- Струи черных дыр бьют сильнее.
- Взрывы сверхновых разбрасывают вещество дальше.
- Галактики теряют материю в космос со скоростью, которая противоречит текущим симуляциям.
Вселенная более энергична, чем позволяют наши модели.
Какой метод наконец решает загадку обычной материи
Речь идет не просто о поиске недостающих фрагментов. Речь идет о методе.
Использование FRB в качестве зондов для пропавшей галактической материи стало прорывом. До этого газ был слишком разрежен, чтобы его заметить. Теперь эффект размытия предоставляет четкий измерительный критерий.
Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, подтверждают два факта.
- Обычная материя существует. Она не исчезла. Она просто была смещена.
- Механизмы, смещающие ее, сильнее, чем учитывает современная физика.
Девятнадцать процентов Вселенной (согласно некоторым оценкам, до 17-19%) должно составлять обычное вещество. Внутри границ галактик мы учли лишь часть этого объема. Остальное находится там, в глубокой темноте. Выметенное силами, которые мы только начинаем измерять.
CHIME продолжает собирать данные. Находятся новые FRB. Карта становится все отчетливее.
Но вопрос остается открытым: если галактики теряют столько энергии и материи, что это делает со структурой космической паутины?
Возможно, нам придется переписать правила галактической эволюции. В очередной раз.
