Загадочные радиосигналы помогли найти почти половину видимого вещества во Вселенной

Наблюдая за загадочными быстрыми радиовсплесками – космическими радиосигналами неизвестной природы – космологи впервые смогли измерить количество материи в межгалактической среде. Благодаря этому ученые поняли, где скрывается примерно половина видимой материи Вселенной. Статью с результатами работы опубликовал научный журнал Nature.

"Мы измерили точное расстояние до источников быстрых радиовсплесков, благодаря чему удалось выяснить типичную плотность Вселенной. Для того, чтобы понять, куда пропала половина видимой материи мироздания, нам понадобилось лишь шесть подобных сигналов", – рассказал один из авторов исследования, доцент Университета Кёртина (Австралия) Жан-Пьер Макор.

Космологи и астрономы предполагают, что по своей структуре Вселенная похожа на гигантскую трехмерную паутину. Ее нити, так называемые филаменты, образованы скоплениями темной материи. В точках пересечения этих нитей сосредоточены плотные "комки" видимой материи в виде галактик и их скоплений.

Уже несколько десятилетий астрономы изучают структуру этой космической паутины, наблюдая за тысячами скоплений галактик, а также наблюдая за так называемым реликтовым излучением. Оно представляет собой своеобразное "эхо" Большого взрыва, в структуре которого скрывается информация о том, как темная материя была распределена по мирозданию в первые мгновения жизни Вселенной.

Недавно эти наблюдения указали на то, что общая масса видимой материи в нитях вселенской "паутины" и в пространстве между ними была примерно в два раза меньше, чем показывала теория. Астрономы начали искать, где "прячется" эта недостающая материя.

Макор и его коллеги смогли узнать это с помощью быстрых радиовсплесков (fast radio bursts, FRB). Астрономы случайно открыли эти загадочные сигналы в 2007 году во время наблюдений за пульсарами на австралийской обсерватории Паркс. FRB представляют собой очень короткие, но мощные радиосигналы с необычной периодической структурой. Их источник расположен на огромном расстоянии от Земли.

Взвешивание Вселенной

За последние 13 лет астрономы открыли несколько десятков подобных всплесков, а также выяснили, что некоторые из них периодически повторяются. Ученые пока спорят об их происхождении. Год назад Макор и его коллеги точно вычислили расстояние до одного из таких сигналов, FRB 180924, а также определили ее источник – галактику DES J2144-4054 в созвездии Цапли.

С помощью той же методики австралийские астрономы определили положение еще пяти FRB, которые зафиксировал радиотелескоп ASKAP за последние три года, а также вычислили расстояние до них. Как и в случае с FRB 180924, все они находились на расстоянии в несколько миллиардов световых лет от Земли. Благодаря этому ученые могли использовать их для того, чтобы оценить плотность распределения материи в межгалактической среде.

Подобные замеры, как отмечают Макварт и его коллеги, возможны благодаря тому, что быстрые радиовсплески периодически сталкиваются с атомами водорода и других элементов из космоса. Эти столкновения особым образом "растягивают" FRB, заставляя часть радиоволн долетать до Земли чуть позже, чем основная часть сигнала радиовсплеска.

Сравнивая то, насколько сильно "растянуты" вспышки, источники которых расположены на разных расстояниях от Земли, можно понять, как много материи находится в межгалактической среде и в пустотах между нитями вселенской паутины. Расчеты показали, что средняя плотность видимой материи мироздания составляет примерно 0,25 атома водорода на кубический метр.

Это примерно в два раза выше, чем показывали прошлые попытки подсчитать этот параметр, и это полностью совпадает с теми значениями, которые ученые получили в ходе наблюдений за реликтовым излучением и вычислили теоретическим путем. Это означает, что в пустоте между филаментами "космической паутины" скрывается примерно половина материи мироздания.

Открытие новых быстрых радиовсплесков и их источников, как считают ученые, поможет определит, где сосредоточены самые большие запасы видимой материи в межгалактической среде. Это, в свою очередь, поможет ученым понять, как формируются галактики и какую роль в их рождении могли играть пока невидимые нам скопления материи вне паутины Вселенной.