Po mnoho let vědci nebyli schopni najít kus hmoty ve vesmíru. Nedávno publikované materiály ukazují, kde se skrývá.
Astronomové konečně našli poslední chybějící vesmír. Skryli se od poloviny 90. let a v určitém okamžiku se vědci rozhodli provést soupis všech „obyčejných“hmot ve vesmíru, včetně hvězd, planet, plynu - to je vše, co se skládá z atomových částic. (Toto není „temná hmota“, což je oddělené tajemství.) Vědci měli docela jasnou představu o tom, jak moc by tato záležitost měla být, na základě závěrů teoretických studií o jejím původu v době velkého třesku. Studie kosmického mikrovlnného pozadí (zbytky světla z Velkého třesku) později tyto počáteční odhady potvrdily.
Dali dohromady všechno, co mohli vidět: hvězdy, plynové mraky a podobně. To znamená všechny tzv. Baryony. Představovaly pouze 10% toho, co mělo být. Když vědci dospěli k závěru, že obyčejná hmota představuje pouze 15% veškeré hmoty ve vesmíru (zbytek je temná hmota), do té doby vynalezli pouze 1,5% veškeré hmoty ve vesmíru.
Po provedení řady studií astronomové nedávno našli poslední kousky obyčejné hmoty ve vesmíru. (Stále jsou zmatení, nevědí, z čeho je tmavá hmota vyrobena.) A přestože to trvalo velmi dlouho, než se prohledali, vědci ji našli přesně tam, kde ji očekávali: v obrovských vlnách horkých plynů, které zabírají mezery mezi galaxiemi. Přesněji, oni jsou nazýváni teplým-horkým intergalaktickým prostředím (WHIM).
První náznaky toho, že mezi galaxiemi mohou existovat obrovské oblasti v podstatě neviditelného plynu, pocházely z počítačových simulací v roce 1998. „Chtěli jsme vidět, co se stane se všemi těmito plyny ve vesmíru,“řekl kosmolog Jeremiah Ostriker z Princetonské univerzity, který jeden takový model postavil se svým kolegou Renyue Cen. Tito vědci modelovali pohyb plynu ve vesmíru pod vlivem gravitace, světla, výbuchů supernovy a všech sil, které pohybují hmotou vesmírem. "Zjistili jsme, že se v detekovatelných vláknech hromadí plyn," řekl Ostricker.
Ale nemohli najít tato vlákna - pak.
"Od prvních dnů kosmologického modelování se ukázalo, že významná část baryonické hmoty existuje v horké difúzní formě mimo galaxie," řekl astrofyzik na Liverpoolské univerzitě. John Moores Ian McCarthy. Astronomové si mysleli, že tyto horké baryony budou odpovídat vesmírné nadstavbě vyrobené z neviditelné temné hmoty, která vyplní obří mezery mezi galaxiemi. Síla přitahování temné hmoty by měla přitahovat plyn a zahřívat jej na teplotu několika milionů stupňů. Nalezení horkého a vzácného plynu je bohužel velmi obtížné.
Abychom odhalili skrytá vlákna, začali dva týmy vědců nezávisle hledat přesné zkreslení relikvního záření (dosvit z Velkého třesku). Protože světlo z raného vesmíru proudí vesmírem, může být ovlivněno oblastmi, kterými prochází. Zejména elektrony v horkém ionizovaném plynu (který tvoří horké-horké intergalaktické médium) by měly interagovat s protony z reliktního záření a takovým způsobem, že to poskytne protonům další energii. V důsledku toho by mělo být spektrum CMB zkresleno.
Propagační video:
Bohužel ani nejlepší mapy CMB (získané ze satelitu Planck) takové zkreslení nevykazovaly. Buď nebyl žádný plyn, nebo dopad byl příliš slabý a nepostřehnutelný.
Vědci z obou týmů však byli odhodláni to zviditelnit. Z počítačových modelů vesmíru věděli, že se stále více detailů objevuje, že by se plyn měl rozprostírat mezi masivními galaxiemi jako pavučina na okenním parapetu. Satelit Planck nikde nebyl schopen vidět plyn mezi páry galaxií. Vědci tedy vymysleli způsob, jak zesílit slabý signál milionkrát.
Nejprve prohledali katalogy známých galaxií ve snaze najít správné páry, tj. Galaxie, které jsou dostatečně masivní a jsou v takové vzdálenosti od sebe, že se mezi nimi může objevit docela hustá síť plynu. Astrofyzici se poté vrátili k satelitním datům, lokalizovali každou dvojici galaxií a v podstatě vyřezali tuto oblast z vesmíru pomocí digitálních nůžek. S více než milionem výstřižků ve svých rukou (to je to, jak měl tým postgraduální studentky univerzity v Edinburghu Anna de Graaff), se začali otáčet, zvětšovat a zmenšovat tak, aby všechny páry galaxií byly viditelné ve stejné poloze. Navzájem.(Tým vědců vedený Hideki Tanimurou z Institutu pro kosmickou astrofyziku v Orsay shromáždil 260 000 párů galaxií.) A pak se najednou stala viditelnými jednotlivá vlákna představující strašidelná vlákna horkého vzácného plynu.
Tato metoda má své nevýhody. Podle astronoma Michaela Shulla z University of Colorado Boulder vyžaduje interpretace výsledků určité předpoklady ohledně teploty a distribuce horkého plynu v prostoru. A s překrývajícími se signály „vždy existují obavy o„ slabé signály “, které jsou výsledkem kombinace velkého množství dat. "Jak je tomu někdy v případě sociologických průzkumů, je možné získat chybné výsledky, když se v rozpisu objeví odchylky nebo náhodné chyby při výběru vzorků, což zkresluje statistiky."
Na základě těchto úvah astronomická komunita odmítla považovat tuto otázku za vyřešenou. K měření horkých plynů byla nutná nezávislá metoda. Toto léto se objevil.
Beacon efekt
Zatímco první dvě skupiny vědců na sebe ukládaly signály, třetí tým začal jednat jinak. Tito vědci začali pozorovat vzdálený kvasar, když nazývají jasný objekt miliardy světelných let daleko, aby detekovali plyn v údajně prázdném mezigalaktickém prostoru, kterým prochází jeho světlo. Bylo to jako zkoumat paprsek ze vzdáleného majáku a analyzovat mlhu, která se kolem něj nahromadila.
Obvykle, když astronomové dělají taková pozorování, hledají světlo absorbované atomovým vodíkem, protože tento prvek je nejvíce ve vesmíru. Bohužel v tomto případě byla tato možnost vyloučena. Teplé-horké intergalaktické médium je tak žhavé, že ionizuje vodík, čímž jej zbavuje svého jediného elektronu. Výsledkem je plazma volných protonů a elektronů, které vůbec neabsorbují světlo.
Proto se vědci rozhodli hledat další prvek - kyslík. Kyslík v teplom horkém mezigalaktickém médiu je mnohem méně než vodík, ale atomový kyslík má osm elektronů, zatímco vodík má jeden. Kvůli teplu většina elektronů odlétá, ale ne všechny. Tento výzkumný tým vedl Fabrizio Nicastro z římského Národního ústavu astrofyziky a sledoval světlo absorbované kyslíkem, který ztratil šest z osmi elektronů. Objevili dvě oblasti horkého mezigalaktického plynu. "Kyslík dává narážku, která ukazuje na přítomnost mnohem většího množství vodíku a helia," řekl Schull, který je v týmu Nikastra. Vědci pak porovnali množství plynu, které našli mezi Zemí a kvasarem, s vesmírem jako celkem. Výsledek ukázal, že našli chybějících 30%.
Tato čísla jsou také zcela v souladu se závěry studie CMB. "Naše týmy se dívaly na různé kousky stejné hádanky a dospěly ke stejnému závěru, což nám dává důvěru vzhledem k rozdílům ve výzkumných metodách," řekl astronom Mike Boylan-Kolchin z University of Texas v Austinu.
Shull řekl, že dalším krokem by mělo být pozorování více kvazarů s novou generací rentgenových a ultrafialových dalekohledů s vyšší citlivostí. "Kvasar, který jsme sledovali, byl nejlepší a nejjasnější maják, jaký jsme mohli najít." Ostatní budou méně jasní a pozorování vydrží déle, “řekl. Ale pro dnešek je závěr jasný. "Došli jsme k závěru, že chybějící baryonická hmota byla nalezena," uvedli vědci.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)