Under många år har forskare inte kunnat hitta ett ämne i universum. Nyligen publicerade material visar var hon gömmer sig.
Astronomer har äntligen hittat de sista saknade delarna av universum. De har gömt sig sedan mitten av 1990-talet, och vid någon tidpunkt beslutade forskarna att göra en inventering av allt "normalt" material i rymden, inklusive stjärnor, planeter, gas - det vill säga allt som består av atompartiklar. (Detta är inte "mörk materia", vilket är ett separat mysterium.) Forskare hade en ganska tydlig uppfattning om hur mycket denna fråga borde vara, baserat på slutsatserna från teoretiska studier om dess ursprung vid Big Bang. Studier av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (resterna av ljus från Big Bang) bekräftade senare dessa initiala uppskattningar.
De satte ihop allt det de kunde se: stjärnor, gasmoln och liknande. Det vill säga alla de så kallade baryonerna. De stod för bara 10% av vad som borde ha varit. Och när forskarna kom till slutsatsen att vanlig materia endast står för 15% av all materia i universum (resten är mörk materia), hade de vid den tidpunkten bara uppfunnit 1,5% av all materia i universum.
Efter att ha genomfört en serie studier fann astronomer nyligen de sista bitarna av vanlig materia i universum. (De är fortfarande förvirrade och vet inte vad mörk materia är gjord av.) Och även om det tog mycket lång tid att söka, fann forskare exakt var de förväntade sig hitta den: i de enorma lockarna med heta gaser som upptar hålrummen mellan galaxerna. Mer exakt kallas de den varma intergalaktiska miljön (WHIM).
De första indikationerna på att stora regioner med väsentligen osynlig gas kunde existera mellan galaxer kom från datasimuleringar 1998. "Vi ville se vad som händer med all denna gas i universum," säger kosmologen Jeremiah Ostriker från Princeton University, som byggde en sådan modell med sin kollega Renyue Cen. Dessa forskare har modellerat rörelsen av gas i universum under påverkan av gravitation, ljus, supernovaexplosioner och alla krafter som rör materia genom rymden. "Vi fann att gas byggs upp i detekterbara filament," sade Ostricker.
Men de kunde inte hitta dessa trådar - då.
"Från de första dagarna av kosmologisk modellering blev det tydligt att en betydande del av baryonisk materia finns i en het diffus form utanför galaxer," sade en astrofysiker vid University of Liverpool. John Moores Ian McCarthy. Astronomer trodde att dessa heta baryoner skulle motsvara en kosmisk överbyggnad gjord av osynlig mörk materia som fyller de jättehålarna mellan galaxerna. Attraktionskraften för mörk materia bör locka gas och värma den till en temperatur på flera miljoner grader. Tyvärr är det extremt svårt att hitta varm och sällsynt gas.
För att upptäcka de dolda trådarna började två team av forskare oberoende leta efter exakta snedvridningar av relikstrålningen (efterglöd från Big Bang). Eftersom ljus från det tidiga universum strömmar genom det yttre rymden kan det påverkas av de regioner det passerar genom. I synnerhet borde elektroner i en varm joniserad gas (som utgör ett varmt hett intergalaktiskt medium) interagera med protoner från reliktstrålningen, och på ett sådant sätt att detta kommer att ge protonerna ytterligare energi. Följaktligen bör CMB: s spektrum förvrängas.
Kampanjvideo:
Tyvärr visade inte ens de bästa CMB-kartorna (erhållna från Planck-satelliten) sådana snedvridningar. Antingen fanns ingen gas, eller så var påverkan för svag och omöjlig.
Men forskare från de två lagen var fast beslutna att synliggöra det. De visste från datormodeller av universum, där fler och fler detaljer dök upp, att gas skulle sträcka sig mellan massiva galaxer som en spindelväv på en fönsterbräda. Planck-satelliten har ingenstans sett gasen mellan par av galaxer. Så forskarna utvecklade ett sätt att förstärka en svag signal en miljon gånger.
Först skannade de kataloger över kända galaxer i ett försök att hitta de par de letade efter, det vill säga galaxer som är tillräckligt massiva och så långt ifrån varandra att en ganska tät gasbana kunde dyka upp mellan dem. Astrofysikerna gick sedan tillbaka till satellitdata, som lokaliserade varje galaxpar och snedde i huvudsak det området ur rymden med digital sax. Med mer än en miljon urklipp i sina händer (detta är hur mycket universitetet i Edinburghs universitetsstudent Anna de Graaff hade), började de rotera, förstora och minska dem så att alla par galaxer var synliga i samma position. Efter det överlagrade de en miljon galaktiska par Varandra.(Ett team av forskare under ledning av Hideki Tanimura från Institutet för rymdastrofysik i Orsay har sammanställt 260 000 par galaxer.) Och sedan blev de enskilda filamenten, som representerade spöklika filament av het, rarefied gas, plötsligt synliga.
Denna metod har sina nackdelar. Enligt astronom Michael Shull från University of Colorado Boulder kräver tolkning av resultaten vissa antaganden om temperaturen och fördelningen av het gas i rymden. Och med överlappande signaler, "finns det alltid oro över de" svaga signalerna "som är resultatet av kombinationen av en enorm mängd data. "Som ibland är fallet med sociologiska undersökningar, kan du få felaktiga resultat när outliers eller slumpmässiga provtagningsfel visas i uppdelningen som snedvrider statistiken."
Baserat delvis på dessa överväganden vägrade det astronomiska samfundet att betrakta denna fråga som avgjort. En oberoende metod behövdes för att mäta heta gaser. I sommar dök han upp.
Beacon-effekt
Medan de två första grupperna av forskare överlagrade signaler på varandra, började det tredje teamet att agera på ett annat sätt. Dessa forskare började observera en avlägsen kvasar, när de kallar ett ljust objekt miljarder ljusår bort, för att upptäcka gas i det förmodligen tomma intergalaktiska utrymmet genom vilket dess ljus passerar. Det var som att undersöka en balk från ett avlägset fyr för att analysera dimman som hade samlats runt den.
När astronomer gör sådana observationer letar de vanligtvis efter ljus absorberat av atomväte, eftersom detta element är det mest i universum. Tyvärr, i det här fallet, var detta alternativ uteslutet. Det varmvarma intergalaktiska mediet är så glödande att det joniserar väte och berövar det enda elektronet. Resultatet är en plasma av fria protoner och elektroner som inte tar upp ljus alls.
Därför beslutade forskare att leta efter ett annat element - syre. Syre i ett varmt hett intergalaktiskt medium är mycket mindre än väte, men atomärt syre har åtta elektroner, medan väte har en. På grund av värmen flyger de flesta elektroner bort, men inte alla. Detta forskarteam, ledat av Fabrizio Nicastro från Romas nationella institut för astrofysik, spårade det ljus som absorberats av syre, som har förlorat sex av sina åtta elektroner. De upptäckte två regioner med het intergalaktisk gas. "Syre ger en ledtråd som indikerar närvaron av en mycket större volym väte och helium," sade Schull, som är med i Nikastos team. Forskarna jämförde sedan mängden gas de fann mellan jorden och kvasaren med universum som helhet. Resultatet visade att de hittade de saknade 30%.
Dessa siffror är också ganska förenliga med slutsatserna från studien av CMB. "Våra team tittade på olika delar av samma pussel och kom till samma slutsats, vilket ger oss förtroende med tanke på skillnaden i forskningsmetoder," sade astronom Mike Boylan-Kolchin vid University of Texas i Austin.
Nästa steg, sa Shull, borde vara att observera fler kvasarer med en ny generation röntgen- och ultravioletta teleskop med högre känslighet.”Kvasaren vi tittade på var den bästa och ljusaste fyren vi kunde hitta. Andra kommer att vara mindre ljusa och observationer kommer att vara längre, sade han. Men för idag är slutsatsen klar. "Vi drar slutsatsen att den saknade baryoniska saken har hittats," skrev forskarna.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)
