Dodano: 02 czerwiec 2020r.

Odnaleziono brakującą materię we Wszechświecie. Pomogły tajemnicze błyski radiowe

Astronomowie przekonują, że znaleźli brakującą część materii barionowej, której dotychczas nie mogli zlokalizować. Międzynarodowy zespół naukowców ustalił, że od dawna poszukiwana materia ukrywa się w rozproszonym gazie między galaktykami. Jedna zagadka pomogła rozwiązać inną, bo w znalezieniu brakującej materii pomogły tajemnicze szybkie błyski radiowe (FRB).

kosmos

 

W kosmologii już pod koniec lat 90. przewidywano, ile materii powinno być we Wszechświecie. Naukowcy oszacowali, że ta „zwykła” materia, która tworzy to wszystko, co możemy zobaczyć – od gwiazd i galaktyk po ludzi i zwierzęta - stanowi około pięciu proc. Reszta to tzw. ciemna materia i ciemna energia, których obecnie nie jesteśmy w stanie wykryć bezpośrednio. Ale badacze mieli trudności ze zlokalizowaniem nawet tych pięciu proc. W ich wyliczeniach brakowało około połowy „zwykłej” materii.

Z problemem brakującej materii naukowcy borykali się ponad 20 lat, ale wygląda na to, że w końcu udało się ją znaleźć. Astronomowie wykorzystali do tego tajemnicze szybkie błyski radiowe (fast radio burst – FRB). Ustalili, że cała brakująca „zwykła” materia znajduje się w rozległej przestrzeni między gwiazdami i galaktykami. Szczegółowy opis badań na ten temat ukazał się w czasopiśmie „Nature”.

Brakująca materia

- Wiemy, ile materii powinno istnieć we Wszechświecie po Wielkim Wybuchu, ale kiedy spojrzeliśmy na obecny Wszechświat, nie mogliśmy znaleźć połowy tego, co powinno tam być. To było trochę zawstydzające. Przestrzeń międzygalaktyczna jest bardzo rzadka. Brakująca materia odpowiadała tylko jednemu lub dwóm atomom w pomieszczeniu wielkości przeciętnego biura. Bardzo trudno było więc wykryć tę materię przy użyciu tradycyjnych technik i teleskopów - powiedział Jean-Pierre Macquart z Curtin University oraz z International Centre for Radio Astronomy Research w Australii.

Mówimy tutaj o materii barionowej różniącej się od ciemnej materii, która pozostaje nieuchwytna i według szacunków stanowi około 85 proc. całej materii we Wszechświecie. "Zwykła" materia składa się głównie z cząstek znanych jako bariony, stąd jej nazwa. Do tej pory astrofizycy byli w stanie zlokalizować około połowy tej materii, która według teoretyków została stworzona przez Wielki Wybuch. W nowych badaniach uczeni przedstawili dowody na odnalezienie brakującej części materii, lokalizując ją w przestrzeni między galaktykami.

Badacze byli w stanie bezpośrednio wykryć brakującą materię wykorzystując tzw. szybkie błyski radiowe. FRB to wysokoenergetyczne zjawisko astrofizyczne o nieznanym, przeważnie pozagalaktycznym pochodzeniu. Pierwszy FRB został dostrzeżony w 2007 roku, ale od tamtego czasu badaczom nie wiele udało się ustalić na temat tego tajemniczego zjawiska. Przejawia się jako krótkotrwały impuls radiowy, trwający średnio kilka milisekund, co znacznie utrudnia jego badanie. Mimo że zdarzenia te są bardzo krótkie, to niosą ze sobą potężną ilość energii.

FRB - szybkie błyski radiowe

Profesor Macquart przyznał, że zespół wykrył brakującą materię, używając FRB jako „kosmicznych stacji pomiarowych”. - Promieniowanie z szybkich błysków radiowych rozprzestrzenia się przez brakującą materię w taki sam sposób, w jaki widoczne są kolory światła słonecznego rozdzielone w pryzmacie – zaznaczył Macquart.

Porównanie do pryzmatu bardzo dobrze obrazuje problem. Tak jak światło przechodząc przez pryzmat rozdziela się na poszczególne barwy, każda o innej długości fali, tak FRB przechodząc przez rozproszoną po Wszechświecie materię barionową jest spowalniany i rozszczepia się na poszczególne częstotliwości, a każda częstotliwość energii impulsu jest spowalniana nieco inaczej.

Dzięki pomiarowi odległości od źródła impulsu radiowego oraz jego opóźnieniom na poszczególnych częstotliwościach, uczeni byli w stanie w przybliżeniu określić ilość „zwykłej” materii pomiędzy galaktykami. Do znalezienie brakującej materii badaczom wystarczyła analiza danych sześciu FRB.

Macquart podkreślił, że poszukiwania brakującej materii nie należały do łatwych. Przestrzeń między galaktykami jest ogromna. Jeden czy dwa atomy rozmieszczone w przestrzeni na każde 20-30 metrów sześciennych sprawia, że materia barionowa jest praktycznie niewidzialna dla naszych instrumentów.

Jak przyznał współautor badań, J. Xavier Prochaska z University of California, Santa Cruz, naukowcy bez powodzenia poszukiwali tej brakującej materii największymi teleskopami od ponad 20 lat. - Odkrycie szybkich błysków radiowych i ich lokalizacja w odległych galaktykach były przełomami potrzebnymi do rozwiązania tej tajemnicy – powiedział.

Z kolei Ryan Shannon ze Swinburne University of Technology, inny ze współautorów badań, podkreślił, że nie udałoby się to bez radioteleskopu ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder). - ASKAP ma szerokie pole widzenia i może robić zdjęcia w wysokiej rozdzielczości. Oznacza to, że możemy stosunkowo łatwo uchwycić FRB, a następnie precyzyjnie wskazać ich lokalizacje – powiedział.

 

Źródło i fot.: ICRAR