Po mnoho rokov vedci nedokázali nájsť kus hmoty vo vesmíre. Nedávno publikované materiály ukazujú, kde sa skrýva.
Astronómovia konečne našli posledné chýbajúce kúsky vesmíru. Skryli sa od polovice 90. rokov av určitom okamihu sa vedci rozhodli vykonať inventár všetkej „bežnej“hmoty vo vesmíre, vrátane hviezd, planét, plynu - to znamená všetko, čo sa skladá z atómových častíc. (Toto nie je „temná hmota“, čo je samostatné tajomstvo.) Vedci mali celkom jasnú predstavu o tom, ako veľmi by táto záležitosť mala byť, na základe záverov teoretických štúdií o jej pôvode v čase Veľkého tresku. Štúdie kozmického mikrovlnného pozadia (zvyšky svetla z Veľkého tresku) neskôr tieto počiatočné odhady potvrdili.
Dali dohromady všetko, čo videli: hviezdy, oblaky plynu a podobne. To znamená, že všetky takzvané baryóny. Predstavovali iba 10% toho, čo malo byť. Keď vedci dospeli k záveru, že obyčajná hmota predstavuje iba 15% všetkej hmoty vo vesmíre (zvyšok je temná hmota), do tej doby vymysleli iba 1,5% všetkej hmoty vo vesmíre.
Po vykonaní série štúdií astronómovia nedávno našli posledné kúsky obyčajnej hmoty vo vesmíre. (Stále sú zmätení, nevedia, z čoho je temná hmota vyrobená.) A hoci to trvalo veľmi dlho, hľadali ju vedci, presne tam, kde ho očakávali, vedci našli: v obrovských vlnách horúcich plynov, ktoré zaberajú medzery medzi galaxiami. Presnejšie povedané, nazývajú sa teplom horúcim intergalaktickým prostredím (WHIM).
Prvé náznaky toho, že medzi galaxiami môžu existovať obrovské oblasti v podstate neviditeľného plynu, pochádzajú z počítačových simulácií v roku 1998. "Chceli sme vidieť, čo sa deje so všetkým týmto plynom vo vesmíre," uviedol kozmológ Jeremiah Ostriker z Princetonskej univerzity, ktorý jeden taký model postavil so svojim kolegom Renyue Cenom. Títo vedci modelovali pohyb plynu vo vesmíre pod vplyvom gravitácie, svetla, výbuchov supernovy a všetkých síl, ktoré pohybujú hmotou v priestore. "Zistili sme, že v hromaditeľných vláknach sa hromadí plyn," uviedol Ostricker.
Tieto vlákna však nemohli nájsť - potom.
„Od prvých dní kozmologického modelovania sa ukázalo, že významná časť baryonickej hmoty existuje v horúcej difúznej forme mimo galaxií,“uviedol astrofyzik na University of Liverpool. John Moores Ian McCarthy. Astronómovia sa domnievali, že tieto horúce baryóny budú zodpovedať kozmickej nadstavbe vyrobenej z neviditeľnej temnej hmoty, ktorá vypĺňa obrovské medzery medzi galaxiami. Sila príťažlivosti temnej hmoty by mala priťahovať plyn a zahrievať ho na teplotu niekoľkých miliónov stupňov. Bohužiaľ, nájdenie horúceho a vzácneho plynu je mimoriadne ťažké.
Aby sa odhalili skryté vlákna, začali dva tímy vedcov nezávisle hľadať presné deformácie reliktného žiarenia (dosvit z Veľkého tresku). Pretože svetlo z raného vesmíru prúdi cez vesmír, môže byť ovplyvnené oblasťami, ktorými prechádza. Najmä elektróny v horúcom ionizovanom plyne (ktorý vytvára teplo-horúce intergalaktické médium) by mali interagovať s protónmi reliktného žiarenia a takým spôsobom, aby to poskytlo protónom ďalšiu energiu. V dôsledku toho by sa spektrum CMB malo skresliť.
Propagačné video:
Bohužiaľ ani tie najlepšie mapy CMB (získané zo satelitu Planck) nepreukázali také skreslenie. Nebol tam žiadny plyn, alebo bol dopad príliš slabý a nepostrehnuteľný.
Vedci z oboch tímov však boli odhodlaní zviditeľniť sa. Z počítačových modelov vesmíru vedeli, že sa objavuje stále viac detailov, že plyn by sa mal rozprestierať medzi obrovskými galaxiami ako pavučina na parapete. Satelit Planck nikde nevidel plyn medzi pármi galaxií. Vedci teda navrhli spôsob, ako zosilniť slabý signál miliónkrát.
Najprv naskenovali katalógy známych galaxií, aby sa pokúsili nájsť správne páry, tj galaxie, ktoré sú dostatočne masívne a sú v takej vzdialenosti od seba, že sa medzi nimi môže objaviť pomerne hustá sieť plynu. Astrofyzici sa potom vrátili k satelitným údajom, umiestnili každú dvojicu galaxií a v podstate vyrezali túto oblasť z vesmíru pomocou digitálnych nožníc. S viac ako miliónom výstrižkov v rukách (to je to, koľko mal tím postgraduálnej doktorandky University of Edinburgh Anna de Graaff) sa začali otáčať, zväčšovať a zmenšovať tak, aby boli všetky páry galaxií viditeľné v rovnakej polohe. Potom prekrývali milión galaktických párov Navzájom.(Tím vedcov vedený Hideki Tanimurou z Inštitútu pre vesmírnu astrofyziku v Orsaye zostavil 260 000 párov galaxií.) A potom sa náhle zviditeľnili jednotlivé vlákna predstavujúce strašidelné vlákna horúceho vzácneho plynu.
Tento spôsob má svoje nevýhody. Podľa astronóma Michaela Shulla z University of Colorado Boulder si interpretácia výsledkov vyžaduje určité predpoklady týkajúce sa teploty a distribúcie horúceho plynu v priestore. A s prekrývajúcimi sa signálmi „vždy existujú obavy o„ slabé signály “, ktoré sú výsledkom kombinácie veľkého množstva údajov. „Ako je to niekedy v prípade sociologických prieskumov, môžete získať chybné výsledky, keď sa v rozpise, ktoré skresľuje štatistiku, objavia nesprávne hodnoty alebo náhodné chyby.“
Na základe týchto úvah astronomická komunita odmietla považovať túto otázku za vyriešenú. Na meranie horúcich plynov bola potrebná nezávislá metóda. Toto leto sa objavil.
Maják efekt
Zatiaľ čo prvé dve skupiny vedcov na seba prekrývali signály, tretí tím začal konať iným spôsobom. Títo vedci začali pozorovať vzdialený kvasar, keď volali jasný objekt vzdialený miliardy svetelných rokov, aby zistili plyn v údajne prázdnom medzigalaktickom priestore, cez ktorý prechádza jeho svetlo. Bolo to ako skúmať lúč vzdialeného majáka a analyzovať hmlu, ktorá sa okolo neho nahromadila.
Keď astronómovia zvyčajne robia také pozorovania, hľadajú svetlo absorbované atómovým vodíkom, pretože tento prvok je najviac vo vesmíre. Bohužiaľ v tomto prípade bola táto možnosť vylúčená. Teplé horúce medzigalaktické médium je také žiariace, že ionizuje vodík, čím ho zbavuje svojho jediného elektrónu. Výsledkom je plazma voľných protónov a elektrónov, ktoré vôbec neabsorbujú svetlo.
Preto sa vedci rozhodli hľadať ďalší prvok - kyslík. Kyslík v teplom horúcom medzigalaktickom médiu je oveľa menší ako vodík, ale atómový kyslík má osem elektrónov, zatiaľ čo vodík má jeden. V dôsledku tepla väčšina elektrónov odletie, ale nie všetky. Tento výskumný tím na čele s Fabriziom Nikarstrom z Rímskeho národného astrofyzikálneho ústavu sledoval svetlo absorbované kyslíkom, ktorý stratil šesť z ôsmich elektrónov. Objavili dve oblasti horúceho medzigalaktického plynu. „Kyslík dáva narážku, ktorá naznačuje prítomnosť oveľa väčšieho objemu vodíka a hélia,“povedal Schull, ktorý je v tíme spoločnosti Nikastro. Vedci potom porovnali množstvo plynu, ktoré našli medzi Zemou a kvasarom, s celým vesmírom. Výsledok ukázal, že našli chýbajúcich 30%.
Tieto čísla sú tiež celkom v súlade so závermi štúdie CMB. "Naše tímy sa pozreli na rôzne časti tej istej hádanky a dospeli k rovnakému záveru, čo nám dáva istotu vzhľadom na rozdielne metódy výskumu," uviedol astronóm Mike Boylan-Kolchin na Texaskej univerzite v Austine.
Shull povedal, že ďalším krokom by malo byť pozorovanie väčšieho množstva kvasarov s novou generáciou röntgenových a ultrafialových ďalekohľadov s vyššou citlivosťou. „Kvázar, ktorý sme sledovali, bol najlepším a najjasnejším majákom, aký sme kedy našli. Ostatné budú menej jasné a pozorovania vydržia dlhšie, “povedal. Ale pre dnešok je záver jasný. "Dospeli sme k záveru, že chýbajúce baryonické látky boli nájdené," napísali vedci.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)