Після майже 20-річних пошуків астрономи, які працюють з космічною обсерваторією XMM-Newton Європейського космічного агентства, нарешті знайшли докази того, що досі відому «недостачу» в загальному балансі звичайної матерії Всесвіту, покриває гарячий дифузний газ, який пронизує космічний простір. Загадкова темна матерія і темна енергія складають приблизно 25 і 70 відсотків нашого всесвіту відповідно. Натомість звичайна матерія (речовина й відомі фізичні поля) з якої складається все, що ми бачимо, — від зір і галактик до планет і людей — становить лише близько п’яти відсотків. Але навіть їх не так легко відстежити.
Загальну кількість звичайної матерії, яку астрономи називають баріонною, можна оцінити шляхом спостережень космічного мікрохвильового фону — найдавнішого випромінювання в історії Всесвіту, яке виникло лише приблизно через 380 000 років після Великого Вибуху.
Спостереження дуже далеких галактик дозволяють астрономам стежити за еволюцією цієї матерії протягом перших двох мільярдів років існування Всесвіту. Однак, після цього, більше половини баріонної матерії, здається, зникає безвісти. «“Загублені” баріони — одна з найбільших таємниць сучасної астрофізики», ― пояснює Фабріціо Нікастро (Fabrizio Nicastro), перший автор статті, в якій розкрито цю таємницю. Статтю науковців оприлюднив 20 червня поточного року журнал Nature.
«Ми знаємо, що ця матерія має бути, ми бачимо її в ранньому Всесвіті, але після цього ми її не можемо віднайти. Куди вона поділася?»
На малюнку схематично показано спосіб виявлення тепло-гарячого міжгалактичного середовища. Фото з сайту www.esa.int.
Усі зорі в галактиках, а також міжзоряний газ, який міститься в галактиках — сировина для утворення зір — це лише десять відсотків від усієї звичайної матерії. Додавши до них гарячий дифузний газ в гало навколо галактик і ще більш гарячий газ, який заповнює скупчення галактик, ― найбільші космічні структури, що існують як єдине ціле завдяки силі тяжіння, — збільшимо баріонну матерію до майже двадцяти відсотків.
Нічого дивного: зорі, галактики та їх скупчення утворюються в найщільніших вузлах космічної «сітки» ― ниткоподібної структури, що простягається по всьому Всесвіту й сформованої як темною, так і звичайною матерією. Хоча в цих вузлах густина речовини висока, вони не настільки поширені у Всесвіті, щоб містити більшу частину космічної речовин.
Астрономи підозрювали, що відсутні баріони можуть ховатися в нитках цієї космічної мережі, але там, де густина матерії мала. З огляду на це, виявити їх шляхом спостережень було складно. Використовуючи різні методи протягом багатьох років астрономи могли знайти велику частину цього міжгалактичного матеріалу, головно його холодні та гарячі складові, й підняти загальний баланс до респектабельних 60 відсотків. Але це не розкривало таємницю остаточно.
Космічний баланс звичайної матерії. Фото з сайту www.esa.int.
Протягом майже двох десятиліть Фабріціо та багатьох інших астрономів у всьому світі виконували пошук зниклих баріонів, коли їм на допомогу пройшли рентгенівські космічні обсерваторії, такі як XMM-Newton та «Чандра» (Chandra).
Спостерігаючи в цій частині електромагнітного спектра, астрономи можуть виявляти гарячий міжгалактичний газ з температурою близько мільйона градусів або більше: він блокує рентгенівське випромінювання, яке випромінюють ще більш віддалені джерела.
Фабріціо з колегами в новому дослідженні використали XMM-Newton для пошуку квазара — галактики з надмасивною чорною дірою в її центрі, яка активно поглинає матерію і яскраво «світить» в діапазоні від рентгенівських променів до радіохвиль. Науковці спостерігали цей квазар, випромінювання якого досягає Землі за понад чотири мільярди років, загалом 18 днів у період 2015 ― 2017 років. Це були найдовші рентгенівські спостереження цього джерела, які коли-небудь виконували.
«Після обробки даних ми зуміли ідентифікувати кисень в гарячому міжгалактичному газі між нами та далеким квазаром в двох різних місцях уздовж променя зору», — сказав Фабріціо. «Це вказує на те, що в міжгалактичному просторі є величезні “сховища” речовини, зокрема кисню, і в них міститься такий її обсяг, на який ми очікували. Тому, нарешті, ми можемо заповнити прогалину в баріонному балансі Всесвіту».
Цей незвичайний результат — початок нових пошуків. Треба виконати спостереження різних джерел по всьому небу для підтвердження того, чи є ці висновки справді універсальними, а також для подальшого вивчення фізичного стану матерії, яку так довго шукали.
Фабріціо та його колеги планують з допомогою обсерваторій XMM-Newton і «Чандра» дослідити більшу кількість квазарів. Проте, щоб повністю вивчити розподіл та властивості цього так званого тепло-гарячого міжгалактичного середовища (warm-hot intergalactic medium), потрібні більш чутливі інструменти, такі як Athena ― передовий телескоп Європейського космічного агентства для високоенергетичної астрофізики, який планують запустити в 2028 році.
За інф. з сайту www.esa.int підготував Іван Крячко
