Międzynarodowy zespół astronomów odnalazł ostatni rezerwuar zwykłej materii ukrywającej się we Wszechświecie rozwiązując tym samym zagadkę brakujących barionów.
W obserwowanym przez nas Wszechświecie jedynie 5 proc. to zwykła materia, która tworzy wszystko, co możemy zobaczyć – od gwiazd i galaktyk po ludzi i zwierzęta. Reszta to tzw. ciemna materia i ciemna energia, których obecnie nie jesteśmy w stanie wykryć bezpośrednio. Ale nawet te 5 proc. okazuje się trudne do zlokalizowania.
Zwykła materia składająca się głównie z cząstek znanych jako bariony, nazywana jest materią barionową. Do tej pory astrofizycy byli w stanie zlokalizować około dwóch trzecich tej materii, która według teoretyków została stworzona przez Wielki Wybuch. W opublikowanym na łamach „Nature” badaniu międzynarodowy zespół naukowców wskazał dowody na odnalezienie brakującej trzeciej części materii, lokalizując ją w przestrzeni między galaktykami.
To odkrycie to ważny krok dla astrofizyki. Badaniami kierował Fabrizio Nicastro z włoskiego Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Wraz ze współpracownikami korzystał on z należącego do ESA kosmicznego obserwatorium XMM-Newton, za pomocą którego można obserwować Wszechświat w ultrafiolecie oraz promieniowaniu rentgenowskim.
Ilość materii we Wszechświecie można oszacować za pomocą obserwacji mikrofalowego promieniowania tła, które jest też nazywane promieniowaniem reliktowym. To promieniowanie jest pozostałością po wczesnych etapach ewolucji Wszechświata.
Badacze już wcześniej podejrzewali, że brakująca materia barionowa jest zgromadzona w włóknach kosmicznej sieci w przestrzeni międzygalaktycznej, gdzie z racji na swoją mniejszą gęstość jest ona trudna do zaobserwowania.
XMM-Newton został skierowany na kwazar o nazwie 1ES 1553 oddalony od nas o 4 miliardy lat świetlnych. To masywna galaktyka z supermasywną czarną dziurą w centrum, która pochłania i wypluwa ogromne ilości gazu. – Ta czarna dziura to w zasadzie bardzo jasna latarnia morska w kosmosie – powiedział Michael Shull z University of Colorado Boulder, współautor badania. Ta aktywna czarna dziura jest widoczna w zakresie promieniowania X po fale radiowe.
Rejestrując, jak promieniowanie z kwazara przechodzi przez przestrzeń kosmiczną, naukowcy są w stanie zebrać wiele informacji. Dzięki obserwacjom zespół badaczy odkrył sygnatury tlenu w rozproszonym, gorącym gazie międzygalaktycznym znajdującym się między kwazarem a Układem Słonecznym. Gaz ten ma wystarczającą gęstość, by odpowiadał brakującym 30 proc. zwykłej materii we Wszechświecie.
To w tym gorącym gazie między galaktycznym znajduje się ogromny rezerwuar związków chemicznych. – Znaleźliśmy brakujące bariony – powiedział Shull i dodał, że galaktyki i kwazary wyrzucały ten gaz w przestrzeń przez miliardy lat.
Dlaczego brakujące bariony były tak trudne do wykrycia? Jednym z powodów jest to, że gęstość materii barionowej we włóknach kosmicznej sieci jest bardzo niska. Innym powodem jest to, że wysoka temperatura we włóknach powoduje, że najbardziej obfity pierwiastek (wodór) jest prawie całkowicie zjonizowany, co oznacza, że nie ma on elektronów do wytwarzania cech spektralnych, które mogłyby zostać użyte do jego wykrycia.
Jednak mogą istnieć śladowe ilości cięższych pierwiastków, takich jak tlen, w których wiązane są niektóre elektrony. Jony te mogą wytwarzać wykrywalne (ale bardzo słabe) cechy spektralne, zazwyczaj w obszarach promieniowania rentgenowskiego.
Źródło: University of Colorado Boulder, Nature, fot. Illustris Collaboration
