Ученые обнаружили недостающее обычное вещество вокруг галактик

Астрономы наконец обнаружили недостающее «обычное» вещество Вселенной, разрешив многолетнюю космическую загадку. Используя наблюдения с телескопа CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), исследователи идентифицировали диффузные облака горячего газа, окружающие галактики, которые составляют барионное вещество, долгое время ускользавшее от обнаружения. Это обычное вещество, состоящее из протонов и нейтронов, предсказывалось космологическими моделями, но до сих пор не наблюдалось в ожидаемых количествах.

Открытие влияет на наше фундаментальное понимание состава Вселенной. Барионное вещество — то, из чего состоят звезды, планеты и живые существа — составляет лишь около 5% Вселенной, остальное приходится на темную материю и темную энергию. Однако даже в этой небольшой доле почти половина не была учтена в обзорах звезд и галактик. Вновь найденные газовые облака, чрезвычайно разреженные и горячие (около 1 миллиона градусов Цельсия), окружают галактики, подобные Млечному Пути, и простираются далеко за пределы их видимых дисков.

Это важно, поскольку подтверждает ключевое предсказание стандартной космологической модели, согласно которому барионное вещество должно быть распределено в виде сети волокон между галактиками. Телескоп CHIME, расположенный в Британской Колумбии, Канада, обнаружил недостающее вещество, наблюдая быстрые радиовсплески (FRB) — кратковременные мощные импульсы радиоволн из далеких галактик. Когда эти FRB проходят через горячий газ, их сигналы задерживаются на определенных частотах, что выявляет присутствие и плотность газа.

Конкретные цифры из исследования: недостающее вещество было найдено в окологалактической среде (CGM) галактик, с плотностями, соответствующими теоретическим ожиданиям. Исследование, опубликованное в журнале Nature, использовало данные CHIME и проекта CHIME/FRB. Команда проанализировала 13 FRB, чтобы составить карту распределения электронов вдоль их путей, и обнаружила, что CGM содержит достаточно барионов, чтобы объяснить недостающую долю.

Предыстория: поиски недостающих барионов продолжались более 20 лет. Предыдущие попытки с использованием рентгеновских и ультрафиолетовых наблюдений обнаружили лишь около половины ожидаемых барионов в локальной Вселенной. Телескоп CHIME, начавший работу в 2017 году, был разработан для картирования нейтрального водорода и обнаружения FRB, что делает его уникально подходящим для этой задачи.

Следующие шаги: исследователи планируют использовать больше FRB для уточнения своих измерений и более детального картирования недостающего вещества. Будущие телескопы, такие как Square Kilometre Array (SKA), могут дополнительно подтвердить эти результаты и изучить роль CGM в эволюции галактик. Это открытие также открывает новые возможности для изучения крупномасштабной структуры Вселенной и процессов, управляющих формированием галактик.