Na ogromnych przestrzeniach Wszechświata zwykła materia – ta, z której zbudowane są gwiazdy, planety i my sami – od dawna stanowiła zagadkę dla astronomów. Obliczenia teoretyczne, oparte na Wielkim Wybuchu, przewidywały określoną ilość barionów (protonów i neutronów). Jednak obserwacje teleskopowe wykazały, że znaczna część tej materii jakby znikała. Gdzie się ukrywała? Odpowiedź nadeszła dzięki zagadkowym i potężnym rozbłyskom radiowym – fast radio bursts, czyli FRB.
Researchers used nearly 3,000 radio bursts to trace invisible plasma around galaxies and found that gas extended much farther than expected — reshaping our picture of how the universe’s “missing” matter is dispersed. Read the paper in @physrevlett: go.aps.org/4fvrutf
Te krótkie, jasne impulsy promieniowania radiowego, trwające zaledwie milisekundy, powstają w odległych galaktykach. Pokonują miliardy lat świetlnych, przechodząc przez rozrzedzoną plazmę – zjonizowany gaz. Po drodze sygnały ulegają dyspersji: niższe częstotliwości są opóźniane silniej niż wyższe. Im więcej wolnych elektronów na drodze, tym silniejsze jest to „rozmycie”. Ten efekt stał się doskonałym narzędziem do „ważenia” niewidzialnej materii.
Międzynarodowa współpraca CHIME/FRB, w skład której wchodzą naukowcy z MIT, McGill i innych instytutów, przeanalizowała prawie 3000 takich rozbłysków z drugiego katalogu teleskopu CHIME. Porównali dane dotyczące dyspersji z położeniami milionów galaktyk z przeglądu DESI Legacy Imaging Survey. Wyniki, opublikowane w Physical Review Letters, okazały się imponujące.
Okazało się, że „brakujące” bariony są skoncentrowane nie tylko w ośrodku międzygalaktycznym (IGM), ale także w rozległych, rozrzedzonych obłokach wokół samych galaktyk – tzw. ośrodku cyrkumgalaktycznym (CGM). Gaz rozciąga się znacznie dalej, niż oczekiwano: do około 4 milionów lat świetlnych od galaktyk, co stanowi dziesiątki razy więcej niż rozmiar typowej galaktyki. Tam, gdzie jest więcej galaktyk, jest też wokół nich więcej materii. Sugeruje to, że galaktyki aktywnie „wyrzucają” gaz na zewnątrz poprzez procesy takie jak dżety supermasywnych czarnych dziur i eksplozje supernowych.
Wyobraźcie sobie: galaktyka to nie zamknięty system, ale fontanna, która wyrzuca materię w otaczającą przestrzeń. Wcześniejsze symulacje przewidywały bardziej zwarte rozmieszczenie, ale rzeczywistość okazała się inna – gaz tworzy ogromne, „puchate” obłoki. Zmienia to nasze rozumienie ewolucji galaktyk i sieci kosmicznej jako całości.
Praca nie tylko rozwiązuje długoletnią zagadkę brakujących barionów (missing baryons), ale także demonstruje moc nowej metody. FRB działają jako kosmiczne sondy, oświetlając niewidzialne obszary Wszechświata. Wraz ze wzrostem liczby wykrytych rozbłysków (a są ich tysiące dziennie) astronomowie będą mogli jeszcze dokładniej mapować rozkład materii i weryfikować modele formowania się wielkoskalowej struktury kosmosu.
To badanie jest doskonałym przykładem tego, jak nieoczekiwane zjawiska, takie jak FRB, przekształcają się z zagadki w potężne narzędzie. Co jeszcze kryją te milisekundowe błyski, pokażą przyszłe obserwacje. Kosmos stopniowo odsłania swoje tajemnice, jeden rozbłysk radiowy za drugim.
