«Пропавшее» вещество Вселенной нашлось в гигантской космической нити
Согласно современной космологической модели ΛCDM, во Вселенной должно быть гораздо больше обычного (барионного) вещества, чем наблюдают ученые. Астрономы десятилетиями пытались понять, где прячутся скрытые от глаз барионы, ведь без них не сходятся расчеты стандартной модели мироздания. Они предполагали, что недостающее вещество затаилось в гигантских нитях раскаленного газа, протянувшихся между галактиками, но доказать это было непросто. И вот теперь исследователям впервые удалось разглядеть такую нитевидную структуру целиком. А заодно убедиться, что в ней действительно скрывается часть недостающей материи.
Что удалось увидеть
Астрономам впервые удалось напрямую наблюдать структуру, в которой может скрываться часть «потерянной» материи Вселенной. Они увидели тонкую, но протяженную газовую нить, соединяющую сразу четыре скопления галактик. Такие нити предсказывались компьютерными моделями, но раньше оставались невидимыми. Новые данные подтверждают, что в них действительно может находиться большая часть барионной материи — то есть обычного вещества, из которого состоят звезды, планеты и даже сами люди.
Исследование провели в районе сверхскопления Шепли в 650 миллионах световых лет от Земли. Это одна из самых массивных и плотных областей во Вселенной: там сосредоточено более 8000 галактик, объединенных в несколько крупных скоплений. Ученые сосредоточили наблюдения на четырех таких скоплениях. Компьютерные модели как раз предсказывали, что между ними должна пролегать длинная газовая перемычка. И она действительно оказалась там.
Сама нить состоит из разреженного газа и простирается примерно на 7,2 мегапарсека. Это около 23 миллионов световых лет — расстояние в 230 раз больше диаметра Млечного Пути. Внутри этой нити может находиться вещество массой, сопоставимой с десятью галактиками вроде нашей. Газ в ней разогрет до 10 миллионов градусов Цельсия и излучает рентгеновский свет, который удалось зафиксировать сразу из двух космических обсерваторий — с помощью японского телескопа Suzaku и европейского XMM-Newton.
Почему это открытие важно
Согласно современным представлениям, обычное вещество, то есть барионная материя, составляет около 5% общей массы-энергии Вселенной. Еще примерно 27% составляет темная материя, а оставшиеся 68% — загадочная темная энергия. Но если сложить все, что астрономы реально видят в звездах, туманностях, галактиках и газе, получится лишь около двух третей от прогнозируемой доли обычного вещества. Оставшаяся треть долгое время считалась пропавшей. Ученые предполагали, что она рассредоточена в форме разреженного газа между галактиками, но увидеть его не получалось. Этот газ очень горячий, но настолько редкий, что его свет теряется на фоне более ярких объектов — например, от активных черных дыр в центрах галактик.
Теперь исследователи впервые не только зафиксировали само излучение от подобной структуры, но и измерили ее параметры: длину, плотность, температуру и массу. Все значения совпадают с теми, что предсказывали компьютерные модели и расчеты. Это означает, что та часть вещества, которую долго не могли найти, действительно может быть спрятана именно в таких нитях. Исследователи считают, что таких нитей во Вселенной множество, и каждая может хранить внушительный запас вещества.
Как устроена Вселенная на больших масштабах
На расстояниях в сотни миллионов световых лет материя во Вселенной распределена неравномерно. Она образует структуру, похожую на паутину: плотные узлы — это скопления галактик, между ними тянутся нити газа, а остальное пространство почти пустует. Компьютерные модели показывают, что именно в нитях между скоплениями галактик может находиться значительная часть всей обычной материи — в виде так называемой тепло-горячей межгалактической среды (англ. warm-hot intergalactic medium, WHIM). Температура такого газа может доходить до десятков миллионов градусов, но плотность при этом очень низкая, поэтому этот компонент Вселенной тяжело наблюдать.
Как наблюдали газовые нити
Рентгеновские телескопы могут видеть излучение от горячего газа, но чтобы вычленить сигнал от самой нити, нужно убрать все остальные источники рентгеновских лучей в поле зрения. Японская обсерватория Suzaku обеспечила широкий обзор и собрала все сигналы от выбранной области. Европейский телескоп XMM-Newton помог точно определить яркие точечные источники — галактики и квазары, которые нужно было исключить из данных. После такой очистки астрономы увидели слабое рентгеновское излучение, совпадающее с положением предполагаемой нити.
Дальше они использовали оптические данные, чтобы уточнить координаты скоплений галактик, и окончательно подтвердили, что газовая структура действительно соединяет нужные группы. Затем они измерили спектр излучения и рассчитали температуру, плотность и массу газа. Полученные значения оказались почти в точности такими, как предсказывали модели.
Более подробно об этом можно прочитать в научной статье, которую опубликовали в журнале Astronomy & Astrophysics.
Почему это подтверждает космологическую модель
Наблюдения подтверждают основные положения стандартной космологической модели — так называемой ΛCDM. Ее название произносится как «лямбда-си-ди-эм». Она описывает эволюцию Вселенной с момента Большого взрыва до сегодняшнего дня и включает в себя темную энергию (обозначается греческой буквой Λ), темную материю (cold dark matter, CDM) и обычное вещество. Согласно этой теории, барионная материя должна содержаться не только в галактиках, но и в межгалактическом пространстве, в том числе в нитях. И вот теперь астрономы действительно ее там обнаружили.
Найденная структура, конечно, не решает проблему невидимых барионов полностью. Но теперь есть подтверждение, что нужная методика работает, и ее можно применить к другим нитям космической паутины. Это не только укрепляет доверие к модели, но и открывает новые возможности: например, теперь астрономы могут построить трехмерную модель распределения материи во Вселенной.
Что дальше
Следующий шаг — наблюдать больше таких нитей и систематически изучать их свойства. Этим уже занимается новый телескоп Euclid, который Европейское космическое агентство запустило в 2023 году. Он исследует структуру и распределение галактик, темной материи и темной энергии во Вселенной. Возможно, в ближайшие годы таких открытий станет больше, и ученые наконец увидят полную картину того, из чего на самом деле состоит мир.
Самое популярное
