Naukowcy lokalizują brakującą zwykłą materię wokół galaktyk

Astronomowie w końcu zlokalizowali brakującą „zwykłą” materię we wszechświecie, rozwiązując trwającą od dziesięcioleci kosmiczną zagadkę. Korzystając z obserwacji z teleskopu Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), badacze zidentyfikowali rozproszone obłoki gorącego gazu otaczające galaktyki, które stanowią materię barionową, która przez długi czas umykała detekcji. Ta zwykła materia, złożona z protonów i neutronów, była przewidywana przez modele kosmologiczne, ale do tej pory nie była bezpośrednio obserwowana w oczekiwanych ilościach.

Odkrycie wpływa na nasze podstawowe rozumienie składu wszechświata. Materia barionowa – składnik gwiazd, planet i istot żywych – stanowi tylko około 5% wszechświata, resztę stanowią ciemna materia i ciemna energia. Jednak nawet w tej małej frakcji prawie połowa była nieuwzględniona w przeglądach gwiazd i galaktyk. Nowo odkryte obłoki gazu, które są niezwykle rozproszone i gorące (około 1 miliona stopni Celsjusza), otaczają galaktyki takie jak Droga Mleczna i rozciągają się daleko poza ich widoczne dyski.

Ma to znaczenie, ponieważ potwierdza kluczowe przewidywanie standardowego modelu kosmologii, które zakłada, że materia barionowa powinna być rozłożona w sieci włókien między galaktykami. Teleskop CHIME, znajdujący się w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie, wykrył brakującą materię poprzez obserwację szybkich błysków radiowych (FRB) – krótkich, potężnych impulsów fal radiowych z odległych galaktyk. Gdy te FRB przemieszczają się przez gorący gaz, ich sygnały są opóźniane na określonych częstotliwościach, ujawniając obecność i gęstość gazu.

Konkretne liczby z badania obejmują, że brakująca materia została znaleziona w ośrodku okołogalaktycznym (CGM) galaktyk, o gęstościach zgodnych z teoretycznymi oczekiwaniami. Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature wykorzystało dane z CHIME i projektu Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment/Fast Radio Burst (CHIME/FRB). Zespół przeanalizował 13 FRB, aby zmapować rozkład elektronów na ich drodze, stwierdzając, że CGM zawiera wystarczająco dużo barionów, aby wyjaśnić brakującą frakcję.

Tło: Poszukiwanie brakujących barionów trwa od ponad 20 lat. Wcześniejsze próby z użyciem obserwacji rentgenowskich i ultrafioletowych wykryły tylko około połowy oczekiwanych barionów w lokalnym wszechświecie. Teleskop CHIME, który rozpoczął działalność w 2017 roku, został zaprojektowany do mapowania neutralnego wodoru i wykrywania FRB, co czyni go wyjątkowo odpowiednim do tego zadania.

Kolejne kroki: Naukowcy planują wykorzystać więcej FRB, aby udoskonalić swoje pomiary i dokładniej zmapować brakującą materię. Przyszłe teleskopy, takie jak Square Kilometre Array (SKA), mogą dodatkowo potwierdzić te odkrycia i zbadać rolę CGM w ewolucji galaktyk. Odkrycie to otwiera również nowe możliwości badania wielkoskalowej struktury wszechświata i procesów rządzących formowaniem się galaktyk.