Астрономи наблизилися до з'ясування давньої загадки про відсутню матерію Всесвіту

Швидкі радіосплески (FRB) допомогли визначити, де знаходиться «відсутня» половина очікуваної матерії Всесвіту, що має значення для майбутніх досліджень нейтрино.

Про це повідомляє видання Останні події з посиланням на Гарвард-Смітсонівський Центр астрофізики.

Матерія становить лише 16% Всесвіту, значно поступаючись невидимій антиматерії, про яку відомо лише завдяки її гравітаційним ефектам. Однак дотепер вчені змогли пояснити лише половину матерії, яка повинна існувати у Всесвіті. І це є давньою космічною загадкою.

Розроблена для фіксації та ідентифікації джерел FRB, мережа зі 110 радіотелескопів DSA-110 (Deep Synoptic Array) Каліфорнійського технологічного інституту, виявила 39 спалахів, використаних у дослідженні, відстань до яких була виміряна приладами в обсерваторії Паломар поблизу Сан-Дієго та обсерваторії В. М. Кека на Гаваях.

Австралійський слідопит квадратно-кілометрової решітки (ASKAP) та інші прилади по всьому світу спостерігали за іншими 30 FRB, які висвітлювали відсутню матерію, яка подорожує великими відстанями через космос, щоб досягти Землі.

«FRB просвічують туман міжгалактичного середовища, і, точно вимірюючи, як світло сповільнюється, ми можемо зважити цей туман, навіть якщо він занадто тьмяний, щоб його побачити», — каже головний автор дослідження, доцент Гарвардського університету Ліам Коннор.

69 FRB, спостережуваних у дослідженні, розташовані на відстані від 11,74 мільйона до 9,1 мільярда світлових років від Землі. Об'єкт на найвіддаленішому кінці цього діапазону, FRB 20230521B, є найвіддаленішим FRB, що коли-небудь реєструвався. Для дослідження вчені мали працювати з FRB з відомими місцезнаходженнями, що обмежувало їхній вибір, оскільки лише близько сотні з понад тисячі FRB були відстежені до їхнього джерела.

Під час довгої подорожі до Землі світло від FRB розсіюється на різні довжини хвиль, подібно до того, як призма створює веселку. Для нового дослідження важливим є те, як кількість речовини, з якою контактує світло, впливає на ступінь розсіювання світла.

«Це ніби ми бачимо тінь усіх баріонів, а FRB є підсвічуванням», — каже співавтор Вікрам Раві, доцент кафедри астрономії в Каліфорнійському технологічному інституті. «Якщо ви бачите людину перед собою, ви можете дізнатися про неї багато чого. Але якщо ви бачите лише її тінь, ви все одно знаєте, що вона там є, і приблизно, якого вона розміру».

Проаналізувавши розсіювання світла, дослідники дійшли висновку, що 76 % речовини у Всесвіті знаходиться в міжгалактичному середовищі, тобто у величезних просторах між галактиками. Наступна за значущістю частка належить галактичним гало, які становлять приблизно 15 %. Решта складає галактики у вигляді зірок, що палають, або холодного газу.

Хоча результати нового дослідження відповідають попереднім теоретичним очікуванням, це перший випадок, коли спостереження підтвердили очікуваний розподіл речовини у Всесвіті. В цілому, нова робота допоможе астрономам зрозуміти, як FRB можна використовувати для вирішення інших космічних питань, а також надасть нові уявлення про зростання галактик.

Зокрема, нейтрино — це область, де FRB можуть надати суттєві підказки. Згідно зі стандартною моделлю фізики, ці субатомні частинки не повинні мати маси, проте в них було виявлено незначну кількість маси. Якщо FRB дозволять астрономам точно виміряти масу нейтрино, ці дані будуть мати вирішальне значення для розвитку нової фізики, що виходить за межі стандартної моделі.

Калтех наразі працює над продовженням DSA-110, DSA-2000. Очікується, що з пустелі Невада радіотелескоп зможе ідентифікувати та локалізувати 10 000 FRB на рік, що дозволить поглибити наукове розуміння цих спалахів і значно підвищити їхню корисність як зондів матерії.

Стаття «Багата газом космічна павутина, виявлена завдяки розподілу відсутніх баріонів» була опублікована 16 червня 2025 року в журналі Nature.