Космическое столкновение в Abell 98 помогло выявить пропавшую материю

Столкновение между некоторыми из самых больших структур в космосе дало ученым ключ к разгадке одной из самых больших загадок во Вселенной: местонахождение пропавшей материи.

В скоплении галактик Abell 98, в котором два субскопления находятся в процессе слияния, ученые обнаружили газовую нить, соответствующую так называемой тепло-горячей межгалактической среде (WHIM).

Эта разряженная плазма, которая, как считается, плавает между галактиками, оказалась одним из главных кандидатов на местонахождение «пропавших частиц», называемых «барионной материей», измеренных в локальной Вселенной.

Предыдущие данные свидетельствуют о том, что WHIM существует, но оказалось, что трудно найти достаточно материала, чтобы утверждать, какой вклад она вносит в исчезнувшие барионы.

«Обнаружение этих нитей недостающей материи оказалось исключительно сложной задачей, и известно лишь несколько примеров», — говорит астрофизик Арнаб Саркар из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA). «Мы взволнованы тем, что, вероятно, обнаружили еще один».

Пропавшая материя — один из самых странных вопросов о Вселенной. Астрономы более или менее знают распределение материи/энергии в космосе. Большую часть этого вещества ученые не могут обнаружить и поэтому даже не знают, что это такое: 68 процентов находится в виде темной энергии и 27 процентов в виде темной материи.

Остальные 5 или около того процентов составляют барионное вещество. Это то, что мы можем обнаружить и из чего состоит все, что мы видим: звезды, планеты, космическая пыль, галактики, облака, черные дыры, люди.

Ученые знают, сколько барионной материи было после Большого взрыва, потому что есть излучение, оставшееся от той эпохи, космический микроволновый фон (CMB), который ученые смогли расшифровать.

Однако, когда они начали подводить итоги барионной материи, которая находится непосредственно вокруг нас сегодня, цифры не сошлись. Многого не хватает, от половины до трети того, что было предсказано на основе реликтового излучения.

Одним из возможных мест для этого является WHIM; газовые нити с температурой от 10 000 до 10 миллионов кельвинов, в которых барионы нагреваются и сжимаются при ударе. Однако найти эти разреженные структуры в пространстве между гораздо более яркими галактиками оказалось непросто.

Теперь исследователи изучили Abell 98, скопление галактик на расстоянии около 1,4 миллиарда световых лет от Земли. Рентгеновские наблюдения Abell 98 выявили структуры горячего газа между двумя субскоплениями. Ранее в этом году ученые опубликовали анализ, в котором было обнаружено, что эта нить содержит гигантскую ударную волну, когда субкластеры собираются вместе.

Их анализ также исследовал свойства газовой нити и обнаружил два различных температурных режима: один при 20 миллионах Кельвинов, а второй при 10 миллионах Кельвинов. Исследователи говорят, что более горячий газ, вероятно, является результатом перекрытия газовых ореолов вокруг двух субкластеров.

Они обнаружили, что более холодный газ, с другой стороны, соответствует более горячему и плотному концу теоретического диапазона WHIM.

Кроме того, группа исследователей во главе с астрофизиком Габриэллой Альварес из CfA нашла дополнительные доказательства существования WHIM не в пространстве между двумя субскоплениями, а на дальней стороне субскопления, вдали от фронта ударной волны. Это тоже согласовывалось с более плотным WHIM.

«Эти измерения, — пишут исследователи в статье, — дают дразнящие доказательства присутствия более масштабной структуры с диффузным WHIM, соединяющимся с окраинами скопления вдоль космических нитей».

«Мы все еще не идентифицировали достаточно WHIM, чтобы объяснить все пропавшие барионы. Они также могут скрываться в других местах; данные свидетельствуют о том, что некоторые из них могут быть в газовых нитях, протянувшихся между галактиками, или быть в виде облаков разреженного газа в межгалактическом пространстве» — говорят ученые.

Но инструменты для обнаружения WHIM становятся все более мощными, а рентгеновские телескопы нового поколения скоро начнут свою работу. Когда они заглянут в пустоты между звездами, они должны раскрыть еще больше тайн глубокого космоса и того, что там скрывается.

Две статьи должны появиться соответственно в The Astrophysical Journal Letters и The Astrophysical Journal и доступны на arXiv. Их можно найти здесь и здесь.