Недостающее звено: ионизированный газ и тайна барионной материи
Обнаружена половина водорода во Вселенной, долгое время не учтенная
Астрономы давно сталкивались с проблемой несоответствия между количеством обычной (барионной) материи, предсказанным теорией Большого взрыва, и наблюдаемыми данными. Согласно современным космологическим моделям, обычная материя составляет лишь около 15% от общего количества материи во Вселенной, причем большая часть (84%) приходится на темную материю. Однако даже в этой 15% доля наблюдаемых объектов — звезд, галактик и видимого газа — оказалась значительно меньше ожидаемой. Более половины барионной материи оставалась «недостающей», что создавало серьезное противоречие между теорией и наблюдениями.
Новое исследование, проведенное международной группой ученых, включая специалистов из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, предлагает решение этой проблемы. Ученые пришли к выводу, что недостающая материя существует в форме крайне рассеянного ионизированного водородного газа, образующего обширные гало вокруг галактик. Эти гало оказались значительно больше и менее плотными, чем предполагалось ранее, что объясняет, почему их не удавалось обнаружить традиционными методами.
Для обнаружения этой неуловимой материи исследователи использовали комбинацию данных от двух крупных астрономических инструментов:
- Спектроскопический инструмент темной энергии (DESI) — предоставил изображения около 7 миллионов галактик в пределах 8 миллиардов световых лет от Земли.
- Космологический телескоп Атакама (ACT) — измерил флуктуации космического микроволнового фона (CMB), вызванные рассеянием на электронах ионизированного газа (кинематический эффект Сюняева-Зельдовича).
Анализ показал, что газ распределен не равномерно, а следует крупномасштабной структуре Вселенной — космическим нитям, соединяющим галактики. Это подтверждает гипотезу о том, что значительная часть барионной материи находится в межгалактической среде, а не внутри самих галактик.
Роль сверхмассивных черных дыр
Одним из неожиданных выводов исследования стало предположение о более активной роли сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Ранее считалось, что эти объекты выбрасывают газ лишь в активные фазы своей эволюции (например, в период квазаров). Однако новые данные указывают на то, что черные дыры могут периодически активироваться, выбрасывая газ на гораздо большие расстояния — вплоть до пяти раз дальше, чем предполагалось.
Этот процесс, известный как галактическая обратная связь, играет ключевую роль в регулировании звездообразования. Выброс газа замедляет рождение новых звезд, а его последующее падение обратно в галактический диск может возобновить этот процесс. Новые результаты требуют пересмотра существующих моделей эволюции галактик, так как ранее влияние черных дыр на распределение газа недооценивалось.
Космологические последствия
Обнаружение недостающей барионной материи не только устраняет одно из главных противоречий в современной космологии, но и открывает новые направления для исследований:
- Уточнение крупномасштабной структуры Вселенной — распределение газа влияет на формирование галактик и скоплений.
- Проверка фундаментальных физических законов — кинематический эффект Сюняева-Зельдовича может использоваться для изучения ранней Вселенной и тестирования общей теории относительности.
- Коррекция космологических моделей — учет более активной обратной связи черных дыр улучшит симуляции эволюции галактик.
Дальнейшие наблюдения, включая данные новых инструментов, таких как телескопы следующего поколения, помогут уточнить эти выводы и углубить наше понимание космической эволюции.