Znanstvenici već dugi niz godina nisu uspjeli pronaći djelić materije u svemiru. Nedavno objavljeni materijali pokazuju gdje se ona skriva.
Astronomi su napokon pronašli posljednje nestale komade svemira. Oni su se skrivali od sredine 1990-ih, a u nekom su trenutku istraživači odlučili obaviti popis sve "obične" materije u svemiru, uključujući zvijezde, planete, plin - to jest sve što se sastoji od atomskih čestica. (Ovo nije "tamna materija", što je zasebna misterija.) Znanstvenici su imali prilično jasnu predodžbu o tome koliko ta materija treba biti, na temelju zaključaka teorijskih studija o njezinu podrijetlu u vrijeme Velikog praska. Studije kozmičke mikrovalne pozadine (ostaci svjetlosti iz Velikog praska) kasnije su potvrdile ove početne procjene.
Sastavili su sve stvari koje su mogli vidjeti: zvijezde, plinske oblake i slično. Odnosno, sve takozvane barijene. Oni su činili samo 10% onoga što je trebalo biti. I kad su znanstvenici zaključili da obična materija čini samo 15% sve materije u Svemiru (ostalo je tamna materija), do tada su inventarizirali samo 1,5% sve materije u Svemiru.
Nakon provođenja niza studija, astronomi su nedavno pronašli posljednje komade obične materije u svemiru. (Oni su još uvijek zbunjeni, ne znajući od čega se stvara tamna tvar.) I premda je trajalo jako dugo vremena za pretragu, znanstvenici su ga našli točno tamo gdje su očekivali da ga pronađu: u ogromnim kovrčama vrućih plinova koji zauzimaju praznine između galaksija. Preciznije, naziva ih se toplo-vruće intergalaktičko okruženje (WHIM).
Prvi pokazatelji da bi ogromne regije u biti nevidljivog plina mogle postojati između galaksija, poticale su računalnim simulacijama 1998. godine. „Željeli smo vidjeti što se događa sa svim tim plinovima u svemiru“, rekao je kozmolog Jeremiah Ostriker sa Sveučilišta Princeton, koji je sa svojim kolegom Renyue Cenom izgradio jedan takav model. Ti su znanstvenici modelirali kretanje plina u svemiru pod utjecajem gravitacije, svjetlosti, eksplozija supernove i svih sila koje pokreću materiju kroz svemir. "Otkrili smo da se plin stvara u vidljivim nitima", rekao je Ostricker.
Ali nisu mogli pronaći te niti - tada.
"Od prvih dana kozmološkog modeliranja postalo je jasno da značajan dio barijenske materije postoji u vrućem difuznom obliku izvan galaksija", rekao je astrofizičar sa Sveučilišta u Liverpoolu. John Moores Ian McCarthy. Astronomi su mislili da će ovi vrući barioni odgovarati kozmičkoj nadgradnji napravljenoj od nevidljive tamne materije koja ispunjava divovske praznine između galaksija. Sila privlačenja tamne materije trebala bi privući plin i zagrijati ga na temperaturu od nekoliko milijuna stupnjeva. Nažalost, pronalazak vrućeg i razrijeđenog plina izuzetno je težak.
Kako bi otkrili skrivene niti, dva tima znanstvenika samostalno su počela tražiti precizna izobličenja relikvijskog zračenja (poslije sjaja iz Velikog praska). Budući da svjetlost iz ranog svemira struji kroz svemir, na nju mogu utjecati regije kroz koje prolazi. Konkretno, elektroni u vrućem ioniziranom plinu (koji čini toplo-vrući intergalaktički medij) moraju reagirati na protone iz reliktnog zračenja i na takav način da će protoni dati dodatnu energiju. Stoga bi trebao biti narušen spektar CMB-a.
Promotivni video:
Nažalost, čak ni najbolje CMB karte (dobivene iz Planckovog satelita) nisu pokazale takve distorzije. Ili nije bilo plina ili je udar bio suviše slab i neprimjetan.
Ali znanstvenici iz dva tima bili su odlučni u namjeri da to učine vidljivim. Znali su iz računalnih modela svemira, u kojima se pojavljuju sve više i više detalja, da bi se plin trebao prostirati između ogromnih galaksija poput paukove mreže na prozorskom pragu. Planckov satelit nigdje nije mogao vidjeti plin između parova galaksija. Dakle, istraživači su osmislili način kako pojačati slab signal milijun puta.
Prvo su skenirali kataloge poznatih galaksija pokušavajući pronaći parove koje su tražili, odnosno galaksije koje su dovoljno masivne i toliko udaljene jedna od druge da se među njima može pojaviti prilično gusta mreža plina. Astrofizičari su se tada vratili do satelitskih podataka, koji su nalazili svaki par galaksija, i u stvari izrezali to područje iz svemira digitalnim škarama. S više od milijun isječaka u rukama (to je toliko imao tim diplomirane studentice Anna de Graaff) sa Sveučilišta u Edinburghu, počeli su se okretati, povećavati i smanjivati tako da su svi parovi galaksija bili vidljivi u istom položaju. Nakon toga prislonili su milijun galaktičkih parova Jedni druge.(Tim istraživača predvođen Hideki Tanimura iz Instituta za svemirsku astrofiziku u Orsayu sakupio je 260 000 pari galaksija.) A onda su pojedini filamenti, koji predstavljaju sablasne niti vrućeg razrijeđenog plina, odjednom postali vidljivi.
Ova metoda ima svoje nedostatke. Prema astronomu Michaelu Shullu sa Sveučilišta Colorado Boulder, interpretacija rezultata zahtijeva određene pretpostavke o temperaturi i raspodjeli vrućeg plina u prostoru. A s preklapajućim se signalima "uvijek postoji bojazan zbog" slabih signala "koji nastaju iz kombinacije ogromne količine podataka. "Kao što je to slučaj u sociološkim istraživanjima, moguće je dobiti pogrešne rezultate kada se u raščlanjivanju pojave odljevci ili pogreške slučajnog uzorkovanja, koje iskrivljuju statistiku."
Djelomično temeljeno na tim razmatranjima, astronomska zajednica odbila je ovo pitanje smatrati riješenim. Za mjerenje vrućih plinova bila je potrebna neovisna metoda. Ovog se ljeta pojavio.
Beacon efekt
Dok su prve dvije skupine istraživača nadigravale signale jedna drugoj, treća je skupina počela djelovati na drugačiji način. Ti su znanstvenici započeli promatranje dalekog kvazara, kako zovu svijetli objekt udaljen nekoliko milijardi svjetlosnih godina, kako bi otkrili plin u navodno praznom intergalaktičkom prostoru kroz koji prolazi njegova svjetlost. Bilo je to kao da se ispituje snop s dalekog svjetionika kako bi se analizirala magla koja se nakupila oko njega.
Kad astronomi rade takva opažanja, obično traže svjetlost koju apsorbira atom atom vodika, jer je tog elementa najviše u svemiru. Nažalost, u ovom slučaju ova je opcija isključena. Toplo-vruće intergalaktičko sredstvo toliko je žarljivo da ionizira vodik, uskraćujući mu jedini elektron. Rezultat je plazma slobodnih protona i elektrona koji uopće ne apsorbiraju svjetlost.
Stoga su znanstvenici odlučili potražiti još jedan element - kisik. Kisik u toplo-vrućem intergalaktičkom mediju mnogo je manji od vodika, ali atomski kisik ima osam elektrona, dok vodik ima jedan. Zbog vrućine, većina elektrona leti, ali ne svi. Ovaj istraživački tim, predvođen Fabrizio Nicastro iz Rimskog Nacionalnog instituta za astrofiziku, pratio je svjetlost apsorbiranu kisikom, koja je izgubila šest od svojih osam elektrona. Otkrili su dvije regije vrućeg intergalaktičkog plina. "Kisik daje znak koji ukazuje na prisutnost puno veće količine vodika i helija", rekao je Schull, koji je u Nikastrovom timu. Znanstvenici su zatim usporedili količinu plina koju su pronašli između Zemlje i kvazara sa svemirom u cjelini. Rezultat je pokazao da su pronašli nestalih 30%.
Te su brojke također u skladu s zaključcima studije CMB-a. "Naši timovi gledali su različite dijelove iste slagalice i došli do istog zaključka, što nam daje samopouzdanje s obzirom na razliku u istraživačkim metodama", rekao je astronom Mike Boylan-Kolchin sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu.
Sljedeći bi korak, rekao je Shull, trebao promatrati više kvazara s novom generacijom rendgenskih i ultraljubičastih teleskopa s većom osjetljivošću. „Kvazar koji smo gledali bio je najbolji i najsvjetliji svjetionik koji smo mogli pronaći. Drugi će biti manje svijetli i promatranja će trajati duže ", rekao je. Ali za danas je zaključak jasan. "Zaključujemo da je nestala barijenska materija pronađena", napisali su znanstvenici.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)