Для современной науки вопрос о составе Вселенной является одним из ключевых. Уже давно известно, что гораздо большая часть материи во Вселенной — это темная материя, невидимая и обнаруживаемая лишь по своим гравитационным эффектам. Обычная материя, из которой состоят звезды, планеты и даже человек, занимает лишь около 16 процентов всего вещества. Однако значительная часть этой обычной материи прячется в пространстве, разбросанная в разреженных газах между галактиками и в гало, окружающих их. Из-за своей рассеянности эта часть материи долго оставалась «пропавшей» — ее просто не удавалось обнаружить с помощью привычных методов астрономии.
Недавнее исследование, проведенное командой астрономов из Калтеха и Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, привело к прорыву в этом вопросе. Они впервые смогли напрямую обнаружить и измерить всю пропавшую материю во Вселенной, используя особый природный феномен — быстрые радиовсплески, или FRB (fast radio bursts). Эти короткие, яркие вспышки радиоизлучения, поступающие из дальних уголков космоса, служили своеобразным фонариком, который освещал невидимое обычное вещество между нами и источником сигнала. Принцип метода основан на том, как радиоволны распространяются в космосе. Когда свет от FRB проходит через межгалактическую среду — заполняющее пространство между галактиками вещество, эта среда, или «туман», заставляет радиоволны разных длин замедляться с разной скоростью.
За счет этого явления, известного как дисперсия, учёные могут точно определить количество вещества, которое находится на пути сигнала. Чем сильнее эффект замедления, тем больше материи в космическом промежутке между галактиками. В исследовании было проанализировано 69 локализованных быстрых радиовсплесков, расстояния до которых варьировались от 11,74 миллиона до 9,1 миллиарда световых лет. Самый удаленный объект, FRB 20230521B, стал рекордсменом по дальности за всю историю наблюдений. Большая часть этих всплесков была зафиксирована с помощью уникальной сети радио-антенн DSA-110, расположенной на территории Радиообсерватории Оуэнс-Вэлли Калтеха в Калифорнии.
Приборы на Гавайях и в обсерватории Паломар помогли определить расстояние до источников всплесков, а десятки других радиотелескопов по всему миру, включая Австралийский Путь Квадратного Километра (ASKAP), нашли оставшиеся FRB для анализа. Результаты исследования не просто подтвердили наличие «пропавшей» материи — они впервые показали ее точное распределение во Вселенной. Оказалось, что около 76 процентов обычной материи сосредоточено в межгалактической среде, 15 процентов — в гало, окружающих галактики, а оставшаяся часть припадает на сами галактики, включая звезды и холодный газ внутри них. Эти данные чудесно совпали с предсказаниями современных космологических моделей, которые, тем не менее, оставались недоказанными вплоть до этого исследования. Обнаружение пропавшей материи имеет фундаментальное значение для современной космологии и астрофизики.
Правильное картографирование обычной материи поможет лучше понять процессы формирования и эволюции галактик, а также распространение и свойства космической структуры, известной как космическая сеть или космическая паутина. В конце концов, знание реального состава и распределения вещества во Вселенной помогает формировать более точные и детальные модели, объясняющие происхождение и развитие самой Вселенной. Кроме того, использование быстрых радиовсплесков для исследования космоса открывает новые горизонты для науки. Эти вспышки обладают потенциалом стать мощным инструментом для решения многих загадок космологии, включая уточнение массы нейтрино — крошечных субатомных частиц, обладающих невероятно малой массой, которую стандартная модель физики не способна объяснить полностью. Уточнение массы нейтрино может открыть двери к новой физике за пределами известного нам мира элементарных частиц.
Планы на будущее включают создание еще более мощных радиообсерваторий, таких как DSA-2000, которая будет способна обнаруживать и локализовывать до десяти тысяч быстрых радиовсплесков в год. Это увеличит объем доступных данных и позволит еще глубже исследовать межгалактическую материю, космическую сеть и фундаментальные свойства Вселенной. Таким образом, прорыв в обнаружении «пропавшей» материи Вселенной с помощью быстрых радиовсплесков не только решает долгую космическую загадку, но и открывает новые пути для исследований, которые могут кардинально изменить наше понимание устройства космоса и законов физики. Покрытие невидимого «тумана» межгалактической среды с помощью уникальных технологических средств подтверждает мощь современного научного инструментария и демонстрирует, что возможно открыть даже самые труднодоступные тайны Вселенной.
