Szybki rozbłysk radiowy ujawnia ukryty przez dziesięciolecia kosmiczny skarb

DNVN – Od dziesięcioleci naukowcy zastanawiają się nad pytaniem: Gdzie „zniknęła” większość widocznej materii we wszechświecie? Teraz, dzięki tajemniczym sygnałom radiowym z głębokiego kosmosu, astronomowie mają odpowiedź.

Brakująca materia: wielka zagadka wszechświata

Nasz wszechświat składa się z dwóch głównych rodzajów materii: ciemnej materii i zwykłej materii. Ciemna materia stanowi większość, ale jest niewidoczna i można ją wykryć jedynie poprzez jej oddziaływanie grawitacyjne. Natomiast zwykła materia, obejmująca atomy, planety i wszystko inne, co widzimy, stanowi zaledwie 16% całej materii.

Nowe badanie precyzyjnie wskazało „brakującą” materię we wszechświecie, wykorzystując szybkie rozbłyski radiowe (FRB) – krótkie, jasne sygnały radiowe z odległych galaktyk – jako punkt odniesienia. Wizja artystyczna przedstawia jasny FRB przemieszczający się przez mgłę między galaktykami, znaną jako ośrodek międzygalaktyczny. Fale o dłuższych falach, zaznaczone na czerwono, są spowolnione w porównaniu z falami krótszymi, bardziej niebieskimi, co pozwala astronomom „zważyć” zazwyczaj niewidoczną materię. Źródło: Melissa Weiss/CfA

Według modeli kosmologicznych, większość tej zwykłej materii nie jest skoncentrowana w gwiazdach ani planetach, lecz jest szeroko rozproszona w przestrzeni międzygalaktycznej. Jednak ze względu na wyjątkowo niską gęstość, około połowa tej materii od dawna „umyka” obserwacjom naukowców .

FRB: Światło z odległego wszechświata

W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature Astronomy, naukowcy z Caltech i Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) znaleźli odpowiedź. Wykorzystali szybkie błyski radiowe (FRB), czyli krótkie, ale intensywne impulsy energii, do wykrycia brakującej materii.

„FRB-y przebijają się przez mgłę ośrodka międzygalaktycznego, a dzięki precyzyjnemu pomiarowi prędkości światła, które ulega spowolnieniu, możemy ocenić tę mgłę, nawet jeśli jest zbyt słaba, by ją dostrzec” – wyjaśnia Liam Connor, adiunkt na Uniwersytecie Harvarda i główny autor badania.

Dane z rekordowych eksplozji

Ten diagram artystyczny przedstawia niektóre z 60 FRB objętych badaniem – FRB 20221219A, FRB 20231220A i FRB 20240123A – użytych do śledzenia podróży gazu przez przestrzeń międzygalaktyczną i mapowania sieci kosmicznej. Źródło: Jack Madden/CfA, IllustrisTNG Simulations

Zespół przeanalizował 69 różnych FRB, których odległość wahała się od 11,74 miliona do 9,1 miliarda lat świetlnych. Co ciekawe, najodleglejszy FRB w badaniu, oznaczony jako FRB 20230521B, jest najodleglejszym FRB, jaki kiedykolwiek zarejestrowano. 39 z nich zostało zidentyfikowanych przez Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) w Owen Valley Radio Observatory na Caltech, sieć teleskopów zaprojektowanych specjalnie do wykrywania i lokalizowania FRB. Pozostałe 30 FRB pochodziło z innych teleskopów na całym świecie , głównie z Australian Square Kilometre Array Pathfinder.

Podejście naukowców jest jak widzenie „cienia” materii. Profesor Vikram Ravi z Caltech porównał to do: „To tak, jakbyśmy widzieli cienie wszystkich barionów, z FRB jako podświetleniem… Jeśli widzisz osobę przed sobą, możesz wiele o niej powiedzieć. Ale jeśli widzisz tylko jej cień, nadal wiesz, że tam jest i możesz oszacować jej rozmiar”.

Nowy potencjał dla kosmologii

Wyniki badań pokazują, że 76% zwykłej materii wszechświata znajduje się w przestrzeni międzygalaktycznej, 15% w halo galaktycznym, a reszta jest skoncentrowana w galaktykach. Ten rozkład jest zgodny z przewidywaniami symulacji, ale po raz pierwszy został potwierdzony rzeczywistymi obserwacjami.

Koncepcja artystyczna przedstawia zwykłą materię w rzadkim, ciepłym gazie tworzącym ośrodek międzygalaktyczny (IGM) – coś, co naukowcy do tej pory mieli trudności z bezpośrednią obserwacją. Różne barwy światła poruszają się w przestrzeni z różnymi prędkościami. W tym przypadku artysta użył koloru niebieskiego, aby podkreślić gęstsze obszary kosmicznej sieci, przechodząc w bardziej czerwone światło w obszarach próżni. Źródło: Jack Madden, IllustrisTNG, Ralf Konietzka, Liam Connor/CfA

Odkrycie to nie tylko rozwiązuje ważną zagadkę, ale także otwiera nowy kierunek dla kosmologii. Dane z FRB mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć ewolucję galaktyk, a nawet określić masę cząstek subatomowych zwanych neutrinami – kluczowego elementu w wyjściu poza Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych.

Według profesora Raviego to dopiero początek. W przyszłości radioteleskop DSA-2000 na pustyni w Nevadzie, który ma wykrywać do 10 000 szybkich błysków radiowych rocznie, obiecuje, że pozwoli nam głębiej zgłębić tajemnice wszechświata.

La Khe (według SciTechDaily)

Source: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/vu-no-vo-tuyen-nhanh-he-lo-kho-bau-vu-tru-bi-che-giau-suot-nhieu-thap-ky/20250817083747028