Že več let znanstveniki ne morejo najti koščka snovi v vesolju. Nedavno objavljeni materiali kažejo, kje se skriva.
Astronomi so končno našli zadnje manjkajoče koščke vesolja. Skrivali so se od sredine devetdesetih let prejšnjega stoletja in v nekem trenutku so se raziskovalci odločili, da bodo opravili popis vseh "normalnih" snovi v vesolju, vključno z zvezdami, planeti, plinom - torej vsem, kar je sestavljeno iz atomskih delcev. (To ni "temna snov", kar je ločena skrivnost.) Znanstveniki so imeli dokaj jasno predstavo o tem, koliko mora biti ta zadeva, na podlagi sklepov teoretičnih študij o njenem izvoru v času velikega poka. Študije kozmičnega mikrovalovnega ozadja (ostanki svetlobe iz Velikega poka) so pozneje potrdile te začetne ocene.
Sestavili so vse zadeve, ki bi jih lahko videli: zvezde, plinske oblake in podobno. Se pravi, vsi tako imenovani barijoni. Ti so predstavljali le 10% tistega, kar bi moralo biti. In ko so znanstveniki ugotovili, da navadna snov predstavlja le 15% vse materije v vesolju (ostalo je temna snov), so do takrat popisovali le 1,5% vse snovi v vesolju.
Po izvedbi vrste raziskav so astronomi nedavno našli vesce navadne snovi v vesolju. (Še vedno so zmedeni in ne vedo, iz česa je temna snov.) In čeprav so trajali zelo dolgo, so znanstveniki našli točno tam, kjer so pričakovali, da jo bodo našli: v ogromnih kodrih vročih plinov, ki zasedajo praznine med galaksijami. Natančneje, imenujemo jih toplo-vroče intergalaktično okolje (WHIM).
Prvi pokazatelji, da bi med galaksijami lahko obstajala velika območja v bistvu nevidnega plina, so izhajali iz računalniških simulacij leta 1998. "Želeli smo videti, kaj se dogaja z vsem tem plinom v vesolju," je dejal kozmolog Jeremiah Ostriker z univerze Princeton, ki je s sodelavcem Renyueom Cenom zgradil en tak model. Ti znanstveniki so modelirali gibanje plina v vesolju pod vplivom gravitacije, svetlobe, eksplozij supernove in vseh sil, ki premikajo materijo skozi vesolje. "Ugotovili smo, da se plin nabira v zaznavnih nitkah," je dejal Ostricker.
Toda teh niti niso mogli najti - takrat.
"Že od prvih dni kozmološkega modeliranja je postalo jasno, da pomemben del barionske snovi obstaja v vroči difuzni obliki zunaj galaksij," je dejal astrofizik z univerze v Liverpoolu. John Moores Ian McCarthy. Astronomi so menili, da bodo ti vroči barioni ustrezali kozmični nadgradnji iz nevidne temne snovi, ki zapolnjuje velikanske praznine med galaksijami. Moč privlačenja temne snovi naj bi pritegnila plin in ga segrela na temperaturo več milijonov stopinj. Na žalost je iskanje vročega in redkega plina izjemno težko.
Da bi odkrili skrite niti, sta dve skupini znanstvenikov samostojno začeli iskati natančna izkrivljanja relikvijskega sevanja (zatemnitev iz Velikega poka). Ker svetloba iz zgodnjega vesolja teče skozi vesolje, lahko nanjo vplivajo regije, skozi katere gre. Zlasti elektroni v vročem ioniziranem plinu (ki tvori toplo-vroč intergalaktični medij) morajo medsebojno vplivati na protone iz reliktnega sevanja in tako, da bodo protoni dobili dodatno energijo. Posledično je treba izkriviti spekter CMB.
Promocijski video:
Na žalost niti najboljši zemljevidi CMB (dobljeni iz Planckovega satelita) niso pokazali takšnih izkrivljanj. Ali ni bilo plina ali pa je bil udarec prešibak in neopazen.
Toda znanstveniki iz obeh skupin so bili odločeni, da bodo to vidni. Iz računalniških modelov vesolja, v katerih se je pojavilo vedno več podrobnosti, so vedeli, da se mora plin segati med ogromnimi galaksijami, kot pajkova mreža na oknu. Satelit Planck ni mogel videti plina med pari galaksij. Tako so raziskovalci zasnovali način, kako milijonkrat ojačati šibek signal.
Najprej so pregledali kataloge znanih galaksij v poskusu, da bi našli pravilne pare, to so galaksije, ki so dovolj masivne in so na takšni razdalji drug od drugega, da se med njimi lahko pojavi precej gosta splet plina. Astrofiziki so se nato vrnili do satelitskih podatkov, ki so se nahajali na vsakem paru galaksij, in v bistvu izklesali to območje iz vesolja z digitalnimi škarjami. Z več kot milijonom izrezkov v rokah (to je toliko, koliko je imela ekipa študentke univerze v Edinburghu Anna de Graaff), so se začeli vrteti, povečevati in zmanjšati, tako da so bili vsi pari galaksij vidni v istem položaju. Drug drugega.(Skupina raziskovalcev, ki jo vodi Hideki Tanimura z Inštituta za vesoljsko astrofiziko v Orsayu, je zbrala 260.000 parov galaksij.) In potem so posamezni filamenti, ki predstavljajo srhljive nitke vročega redčenega plina, nenadoma postali vidni.
Ta metoda ima svoje pomanjkljivosti. Kot je povedal astronom Michael Shull z univerze Colorado Boulder, razlaga rezultatov zahteva določene predpostavke o temperaturi in porazdelitvi vročega plina v prostoru. In s prekrivajočimi se signali „vedno obstaja zaskrbljenost zaradi„ šibkih signalov “, ki izhajajo iz kombinacije ogromne količine podatkov. "Kot je včasih pri socioloških raziskavah, lahko pri razčlenitvi, ki izkrivljajo statistiko, pride do napačnih rezultatov, ko se pri razčlenitvi pojavijo odbitki ali naključne napake pri vzorčenju."
Deloma na podlagi teh pomislekov astronomska skupnost ni želela obravnavati tega vprašanja kot urejenega. Za merjenje vročih plinov je bila potrebna neodvisna metoda. To poletje se je pojavil.
Beacon učinek
Medtem ko sta prvi dve skupini raziskovalcev drug drugemu nadevali signale, je tretja skupina začela ravnati drugače. Ti znanstveniki so začeli opazovati daljni kvazar, kot imenujejo svetel predmet, ki je oddaljen več milijard svetlobnih let, da bi zaznal plin v domnevno praznem medgalaktičnem prostoru, skozi katerega prehaja njegova svetloba. Bilo je kot pregledati snop daljnega svetilnika, da bi analizirali meglo, ki se je nabrala okoli njega.
Običajno, ko astronomi opravijo takšna opazovanja, iščejo svetlobo, ki jo absorbira atom atom vodika, saj je tega elementa največ v vesolju. Žal je bila v tem primeru ta možnost izključena. Toplo-vroče medgalaktično gojišče je tako žarilno, da ionizira vodik in mu odvzame edini elektron. Rezultat je plazma prostih protonov in elektronov, ki svetlobe sploh ne absorbirajo.
Zato so se znanstveniki odločili iskati še en element - kisik. Kisik v toplo vročem medgalaktičnem mediju je veliko manj kot vodik, atomski kisik pa ima osem elektronov, vodik pa ga ima. Zaradi vročine večina elektronov odleti, vendar ne vsi. Ta raziskovalna skupina, ki jo je vodil Fabrizio Nicastro iz rimskega Nacionalnega inštituta za astrofiziko, je izsledila svetlobo, absorbirano s kisikom, ki je izgubila šest od osmih elektronov. Odkrili so dve regiji vročega intergalaktičnega plina. "Kisik daje znak, ki nakazuje prisotnost veliko večje količine vodika in helija," je dejal Schull, ki je v Nikastrovi ekipi. Znanstveniki so nato primerjali količino plina, ki so ga našli med Zemljo in kvazarjem, z vesoljem kot celoto. Rezultat je pokazal, da so našli manjkajočih 30%.
Te številke so tudi povsem skladne s sklepi študije CMB. "Naše ekipe so si ogledale različne koščke iste sestavljanke in prišle do istega zaključka, kar nam daje zaupanje glede na razlike v raziskovalnih metodah," je dejal astronom Mike Boylan-Kolchin z univerze v Teksasu v Austinu.
Naslednji korak naj bi bil opazovanje več kvazarjev z novo generacijo rentgenskih in ultravijoličnih teleskopov z večjo občutljivostjo. "Kvazar, ki smo ga gledali, je bil najboljši in najsvetlejši svetilnik, ki smo ga lahko našli. Drugi bodo manj svetli in opažanja bodo trajala dlje, "je dejal. Toda za danes je zaključek jasen. "Zaključujemo, da so našli manjkajočo barionsko snov," so zapisali znanstveniki.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)