У величезних просторах Всесвіту звичайна матерія — та сама, з якої складаються зірки, планети і ми самі, — давно ставила астрономів у глухий кут. Теоретичні розрахунки, засновані на Великому вибуху, передбачали певну кількість баріонів (протонів і нейтронів). Однак при спостереженнях у телескопи значна частина цієї матерії ніби зникала. Де вона ховалася? Відповідь прийшла завдяки загадковим і потужним радіоспалахам — fast radio bursts, або ФРВ.
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
Ці короткі, яскраві імпульси радіовипромінювання, що тривають всього мілісекунди, виникають у далеких галактиках. Вони долають мільярди світлових років, проходячи через розріджену плазму — іонізований газ. На шляху сигнали диспергуються: нижчі частоти затримуються сильніше, ніж вищі. Чим більше вільних електронів на шляху, тим сильніше «розмазування». Цей ефект став ідеальним інструментом для «зважування» невидимої матерії.
Міжнародна колаборація CHIME/FRB, до якої входять вчені з MIT, McGill та інших інститутів, проаналізувала майже 3000 таких спалахів з другого каталогу телескопа CHIME. Вони зіставили дані про дисперсію з положеннями мільйонів галактик з огляду DESI Legacy Imaging Survey. Результати, опубліковані в Physical Review Letters, виявилися вражаючими.
Виявилося, що «бракуючі» баріони зосереджені не тільки в міжгалактичному середовищі (IGM), але й у великих, розріджених хмарах навколо самих галактик — так званому циркумгалактичному середовищі (CGM). Газ простягається набагато далі, ніж очікувалося: до приблизно 4 мільйонів світлових років від галактик, що в десятки разів перевищує розмір типової галактики. Там, де галактик більше, матерії навколо них теж більше. Це говорить про те, що галактики активно «викидають» газ назовні через процеси на кшталт джетів надмасивних чорних дір та вибухів наднових.
Уявіть: галактика — не замкнена система, а фонтан, який фонтанує матерією в навколишній простір. Раніше симуляції передбачали більш компактний розподіл, але реальність виявилася іншою — газ утворює величезні «пухові» хмари. Це змінює наше розуміння еволюції галактик і космічної мережі в цілому.
Робота не тільки вирішує давню загадку missing baryons, але й демонструє міць нового методу. ФРВ виступають у ролі космічних зондів, що освітлюють невидимі області Всесвіту. Зі зростанням кількості виявлених спалахів (а їх тисячі на день) астрономи зможуть ще точніше картувати розподіл матерії та перевіряти моделі формування великомасштабної структури космосу.
Це дослідження — яскравий приклад того, як несподівані явища на кшталт ФРВ перетворюються із загадки на потужний інструмент. Що ще приховано в цих мілісекундних спалахах, покажуть майбутні спостереження. Космос поступово розкриває свої таємниці, один радіоспалах за іншим.
