Группа астрономов из Калифорнийского технологического института и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) объявила о решении одной из главных загадок современной космологии — обнаружении всей «пропавшей» обычной материи Вселенной. Результаты закрывают пробел в понимании структуры космоса: ранее около 50% барионной материи, из которой состоят звёзды, планеты и межзвёздный газ, не поддавалось наблюдению.

Проблема «недостающей материи» возникла более 20 лет назад. Согласно расчётам, обычная (барионная) материя составляет лишь 16% всей материи Вселенной (остальное — тёмная материя), но наблюдения фиксировали менее половины этого количества. Теоретики предполагали, что «пропажа» скрыта в разреженной межгалактической среде, однако подтвердить это не удавалось из-за крайне низкой плотности газа.

Прорыв стал возможен благодаря быстрым радиовсплескам (FRB) — миллисекундным вспышкам радиоизлучения, приходящим из далёких галактик. Учёные использовали их как «космические прожекторы»: проходя через межгалактический газ, радиоволны FRB взаимодействуют с электронами, что вызывает дисперсию сигнала — разделение его на волны разной длины. Чем больше материи на пути, тем сильнее этот эффект.

Радиорешётка DSA-110 в радиообсерватории Owens Valley. Источник: Vikram Ravi / Caltech / OVRO

В исследовании проанализированы данные 69 FRB, зарегистрированных за последние пять лет. Среди них — рекордный всплеск FRB 20230521B, возникший 9,1 млрд лет назад. Ключевым условием стало точное определение галактик-источников: из более чем тысячи известных FRB для анализа отобрали лишь те, происхождение которых удалось установить.

Для локализации всплесков использовали массив радиотелескопов DSA-110 в Калифорнии. Он фиксирует FRB с точностью до десятой доли угловой секунды, что позволило сопоставить их с конкретными галактиками. Расстояния до источников уточняли с помощью оптических телескопов обсерваторий Кека и Паломар. Дополнительные данные предоставили австралийский ASKAP и другие радиотелескопы.

Измерения дисперсии показали, что 76% обычной материи сосредоточено в межгалактическом газе, образующем «космическую паутину» — нити тёплой плазмы между скоплениями галактик. Ещё 15% находится в их гало, а оставшиеся 9% — внутри самих галактик.

«FRB подсветили невидимую структуру Вселенной, как фонарик в тумане», — пояснил Викрам Рави из Caltech, соавтор работы.

Результаты подтверждают стандартную космологическую модель ΛCDM, предсказывавшую распределение барионов. Ранее отсутствие наблюдательных данных вызывало споры: некоторые учёные предполагали, что теория требует пересмотра. «Теперь мы видим, что модель верна — просто материя была слишком рассеяна для традиционных методов», — отметила соавтор Кэтрин Грот.

Открытие не только решает давнюю проблему, но и открывает новые возможности. FRB можно использовать для изучения крупномасштабной структуры Вселенной, измерения массы нейтрино и даже поиска тёмной материи. Уже в 2025 году в строй вступит радиотелескоп DSA-2000 в Неваде, способный локализовать до 10 000 FRB в год, что повысит точность измерений на порядок.

По словам авторов, это лишь первый шаг: «FRB становятся мощным инструментом для изучения Вселенной, который мы только начинаем понимать», — заключил Лиам Коннор, ведущий автор работы.

Подробнее на iXBT