Timp de mulți ani, oamenii de știință nu au reușit să găsească o bucată de materie în univers. Materialele publicate recent arată unde se ascunde.
Astronomii au găsit în cele din urmă ultimele piese lipsă ale universului. Ei s-au ascuns încă de la mijlocul anilor ’90, iar la un moment dat cercetătorii au decis să facă un inventar al tuturor materiilor „obișnuite” din spațiu, inclusiv stele, planete, gaz - adică tot ceea ce constă în particule atomice. (Aceasta nu este „materie întunecată”, care este un mister separat.) Oamenii de știință au avut o idee destul de clară despre cât de mult ar trebui să fie această problemă, pe baza concluziilor studiilor teoretice despre originea sa din momentul Big Bang. Studiile asupra fundalului microundelor cosmice (rămășițele de lumină din Big Bang) au confirmat ulterior aceste estimări inițiale.
Au pus la punct toată materia pe care au putut-o vedea: stele, nori de gaz și altele asemenea. Adică toți așa-numiții barioni. Au reprezentat doar 10% din ceea ce ar fi trebuit. Și când oamenii de știință au ajuns la concluzia că materia obișnuită reprezintă doar 15% din toată materia din Univers (restul este materie întunecată), până atunci inventariază doar 1,5% din toată materia din Univers.
După ce au efectuat o serie de studii, astronomii au găsit recent ultimele bucăți de materie obișnuită din univers. (Sunt încă perplex, fără să știe din ce materie întunecată este făcută.) Și deși a durat foarte mult timp să cerceteze, oamenii de știință au găsit-o exact acolo unde se așteptau să o găsească: în buclele uriașe de gaze fierbinți care ocupă golurile dintre galaxii. Mai exact, ele sunt numite mediul intergalactic cald-cald (WHIM).
Primele indicii conform cărora regiunile vaste de gaz esențial invizibile ar putea exista între galaxii au provenit din simulările computerizate în 1998. „Am vrut să vedem ce se întâmplă cu tot acest gaz în univers”, a spus cosmologul Jeremiah Ostriker de la Universitatea Princeton, care a construit un astfel de model împreună cu colegul său Renyue Cen. Acești oameni de știință au modelat mișcarea gazelor în univers sub influența gravitației, a luminii, a exploziilor de supernove și a tuturor forțelor care mișcă materia prin spațiu. "Am descoperit că gazul se acumulează în filamente detectabile", a spus Ostricker.
Dar nu au putut găsi aceste fire - atunci.
"Din primele zile de modelare cosmologică, a devenit clar că o parte semnificativă a materiei baryonice există într-o formă difuză la cald în afara galaxiilor", a spus un astrofizician la Universitatea din Liverpool. John Moores Ian McCarthy. Astronomii au crezut că aceste baroni fierbinți vor corespunde unei suprastructuri cosmice realizate din materie întunecată invizibilă, care umple golurile uriașe între galaxii. Forța de atracție a materiei întunecate ar trebui să atragă gazul și să îl încălzească la o temperatură de câteva milioane de grade. Din păcate, găsirea de gaze fierbinți și rarefiate este extrem de dificilă.
Pentru a descoperi fire ascunse, două echipe de oameni de știință au început în mod independent să caute distorsiuni precise ale radiației relicve (ulterior din Big Bang). Deoarece lumina din universul timpuriu curge prin spațiul exterior, ea poate fi afectată de regiunile prin care trece. În special, electronii dintr-un gaz ionizat la cald (care formează un mediu intergalactic cald-cald) trebuie să interacționeze cu protoni din radiația relictă și astfel încât acest lucru va oferi protonilor energie suplimentară. În consecință, spectrul CMB ar trebui să fie denaturat.
Video promotional:
Din păcate, chiar și cele mai bune hărți CMB (obținute din satelitul Planck) nu au prezentat astfel de distorsiuni. Fie nu exista gaz, fie impactul a fost prea slab și imperceptibil.
Dar oamenii de știință din cele două echipe au fost hotărâți să o facă vizibilă. Știau din modele computerizate ale universului, în care apăreau tot mai multe detalii, că gazul ar trebui să se întindă între galaxii masive precum o pânză de păianjen pe un pervaz. Satelitul Planck nu a putut vedea nicăieri gazul dintre perechile de galaxii. Deci cercetătorii au conceput o modalitate de a amplifica un semnal slab de un milion de ori.
În primul rând, au scanat cataloage de galaxii cunoscute, în încercarea de a găsi perechile corecte, adică galaxii suficient de masive și aflate la o distanță atât de mare încât ar putea apărea o țesătură de gaz destul de densă între ele. Astrofizicienii s-au întors apoi la datele din satelit, localizate fiecare pereche de galaxii și, în esență, au sculptat acea regiune din spațiu cu foarfece digitale. Cu mai mult de un milion de clipuri în mâini (aceasta este cât de mult a avut echipa studentei absolvente a Universității din Edinburgh, Anna de Graaff), au început să se rotească, să mărească și să le reducă, astfel încât toate perechile de galaxii să fie vizibile în aceeași poziție. După aceea au suprapus un milion de perechi galactice Fiecare.(O echipă de cercetători condusă de Hideki Tanimura de la Institutul de Astrofizică Spațială din Orșay a adunat 260.000 de perechi de galaxii.) Și apoi filamentele individuale, reprezentând filamente fantomate ale gazelor rarefiate calde, au devenit brusc vizibile.
Această metodă are dezavantajele sale. Potrivit astronomului Michael Shull de la Universitatea din Colorado Boulder, interpretarea rezultatelor necesită anumite presupuneri cu privire la temperatura și distribuția gazelor fierbinți în spațiu. Și cu semnale suprapuse, „există întotdeauna îngrijorare cu privire la„ semnalele slabe”care rezultă din combinarea unei cantități imense de date. „Așa cum se întâmplă uneori cu sondajele sociologice, este posibil să obținem rezultate eronate atunci când apar contururi sau erori de eșantionare aleatorii în defalcarea, care distorsionează statisticile.”
Bazându-se în parte pe aceste considerente, comunitatea astronomică a refuzat să considere această problemă ca soluționată. A fost necesară o metodă independentă pentru măsurarea gazelor fierbinți. În această vară a apărut.
Efect de baliză
În timp ce primele două grupuri de cercetători s-au suprapus semnale reciproc, a treia echipă a început să acționeze într-un mod diferit. Acești oameni de știință au început să observe un cvasar îndepărtat, așa cum numesc un obiect luminos miliarde de ani-lumină distanță, pentru a detecta gazul în spațiul intergalactic presupus gol, prin care trece lumina ei. Era ca și cum ai examina un fascicul dintr-un far îndepărtat pentru a analiza ceața care se acumulase în jurul ei.
De obicei, când astronomii fac astfel de observații, ei caută lumina absorbită de hidrogenul atomic, deoarece acest element este cel mai mult din univers. Din păcate, în acest caz, această opțiune a fost exclusă. Mediul intergalactic cald-cald este atât de incandescent încât ionizează hidrogenul, lipsindu-l de singurul său electron. Rezultatul este o plasmă de protoni și electroni liberi care nu absoarbe deloc lumina.
Prin urmare, oamenii de știință au decis să caute un alt element - oxigenul. Oxigenul într-un mediu intergalactic la cald este mult mai mic decât hidrogenul, dar oxigenul atomic are opt electroni, în timp ce hidrogenul are unul. Din cauza căldurii, majoritatea electronilor zboară, dar nu toate. Această echipă de cercetare, condusă de Fabrizio Nicastro de la Institutul Național de Astrofizică din Roma, a urmărit lumina absorbită de oxigen, care și-a pierdut șase din cei opt electroni ai săi. Au descoperit două regiuni de gaz intergalactic fierbinte. "Oxigenul oferă un indiciu care indică prezența unui volum mult mai mare de hidrogen și heliu", a spus Schull, care face parte din echipa lui Nikastro. Oamenii de știință au comparat apoi cantitatea de gaz pe care au găsit-o între Pământ și quasar cu universul în ansamblu. Rezultatul a arătat că au găsit 30% lipsă.
Aceste cifre sunt, de asemenea, destul de consistente cu concluziile studiului CMB. „Echipele noastre s-au uitat la diferite piese ale aceluiași puzzle și au ajuns la aceeași concluzie, ceea ce ne oferă încredere având în vedere diferența dintre metodele de cercetare”, a spus astronomul Mike Boylan-Kolchin de la Universitatea din Texas din Austin.
Următorul pas, a spus Shull, ar trebui să fie observarea mai multor cvasi cu o nouă generație de radiouri X și telescoape ultraviolete cu o sensibilitate mai mare. „Quasarul pe care l-am urmărit a fost cel mai bun și mai luminos far pe care l-am putut găsi. Alții vor fi mai puțin strălucitori și observațiile vor dura mai mult”, a spus el. Dar pentru astăzi concluzia este clară. „Concluzionăm că lipsește materia baryonică lipsită”, au scris oamenii de știință.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)
