Daudzus gadus zinātnieki nav spējuši atrast Visuma matērijas gabalu. Nesen publicētie materiāli parāda, kur viņa slēpjas.
Astronomi beidzot ir atraduši pēdējos trūkstošos Visuma gabalus. Viņi slēpjas kopš 1990. gadu vidus, un kādā brīdī pētnieki nolēma veikt visu kosmosā esošo “normālo” lietu, ieskaitot zvaigznes, planētas, gāzi, tas ir, visu, kas sastāv no atomu daļiņām, inventarizāciju. (Šī nav "tumšā matērija", kas ir atsevišķs noslēpums.) Zinātniekiem bija diezgan skaidrs priekšstats par to, cik lielai šai lietai vajadzētu būt, balstoties uz teorētisko pētījumu secinājumiem par tā izcelsmi Lielā sprādziena laikā. Kosmiskā mikroviļņu fona (gaismas paliekas no lielā sprādziena) pētījumi vēlāk apstiprināja šos sākotnējos aprēķinus.
Viņi salika kopā visu lietu, ko varēja redzēt: zvaigznes, gāzes mākoņus un tamlīdzīgas lietas. Tas ir, visi tā sauktie baroni. Viņi veidoja tikai 10% no tā, kam vajadzēja būt. Un kad zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka parastā matērija veido tikai 15% no visas Visuma matērijas (pārējā ir tumšā matērija), līdz tam laikam viņi bija izgudrojuši tikai 1,5% no visām Visuma matērijām.
Pēc virknes pētījumu veikšanas astronomi nesen atrada pēdējos parastās matērijas gabalus Visumā. (Viņi joprojām ir satraukti, nezinot, no kā tiek veidota tumšā matērija.) Un, kaut arī meklēšanai bija vajadzīgs ļoti ilgs laiks, zinātnieki to atrada tieši tur, kur sagaidīja, ka to atradīs: milzīgajās karsto gāzu cirtās, kas aizņem tukšumus starp galaktikām. Precīzāk, tos sauc par silto un karsto starpgalaktisko vidi (WHIM).
Pirmās norādes par to, ka starp galaktikām varētu pastāvēt plaši būtībā neredzamas gāzes reģioni, tika iegūtas, izmantojot datoru simulācijas 1998. gadā. “Mēs gribējām redzēt, kas notiek ar visām šīm gāzēm Visumā,” sacīja kosmologs Jeremija Ostrikers no Prinstonas universitātes, kurš kopā ar savu kolēģi Reniju Cenu uzbūvēja vienu no šādiem modeļiem. Šie zinātnieki ir modelējuši gāzes kustību Visumā gravitācijas, gaismas, supernovas sprādzienu un visu spēku ietekmē, kas pārvieto vielu caur kosmosu. "Mēs atklājām, ka gāze uzkrājas detektējamos pavedienos," sacīja Ostrikers.
Bet tad viņi nevarēja atrast šos pavedienus.
"Jau no pirmajām kosmoloģiskās modelēšanas dienām kļuva skaidrs, ka ievērojama daļa baryonic matērijas eksistē karstā izkliedētā formā ārpus galaktikām," sacīja Liverpūles universitātes astrofiziķis. Džons Mūrs Īans Makkartijs. Astronomi domāja, ka šie karstie baroni atbilst kosmiskai virsbūvei, kas izgatavota no neredzamas tumšās vielas, kas aizpilda milzu tukšumus starp galaktikām. Tumšās vielas pievilkšanas spēkam vajadzētu piesaistīt gāzi un to sasildīt līdz vairāku miljonu grādu temperatūrai. Diemžēl karstu un reti pildītu gāzi ir ļoti grūti atrast.
Lai atklātu slēptos pavedienus, divas zinātnieku grupas patstāvīgi sāka meklēt precīzus relikvijas starojuma izkropļojumus (pēcspuldze no Lielā sprādziena). Tā kā agrīnā Visuma gaisma plūst caur kosmosu, to var ietekmēt reģioni, kuriem tā iet cauri. Jo īpaši elektroniem, kas atrodas karstā jonizētā gāzē (kas veido siltu-karstu starpgalaktisko vidi), ir jābūt mijiedarbībai ar relikta starojuma protoniem, un tādā veidā, lai tas protoniem sniegtu papildu enerģiju. Līdz ar to būtu jāizkropļo CMB spektrs.
Reklāmas video:
Diemžēl pat labākās CMB kartes (iegūtas no Planck satelīta) neuzrādīja šādus traucējumus. Vai nu nebija gāzes, vai arī trieciens bija pārāk vājš un nemanāms.
Bet abu komandu zinātnieki bija apņēmušies to padarīt redzamu. No Visuma datoru modeļiem, kuros parādījās arvien vairāk un vairāk detaļu, viņi zināja, ka gāzei vajadzētu stiepties starp masveida galaktikām kā zirnekļa tīkls uz palodzes. Planka satelīts nekur nav spējis redzēt gāzi starp galaktiku pāriem. Tātad pētnieki izstrādāja veidu, kā miljons reizes pastiprināt vāju signālu.
Pirmkārt, viņi skenēja zināmo galaktiku katalogus, mēģinot atrast pareizos pārus, tas ir, galaktikas, kas ir pietiekami masīvas un atrodas tādā attālumā viens no otra, ka starp tām varētu parādīties diezgan blīvs gāzes tīkls. Pēc tam astrofiziķi atgriezās pie satelīta datiem, atrodot katru galaktiku pāri un būtībā šo reģionu izcēla no kosmosa ar digitālajām šķērēm. Ar vairāk nekā miljona izgriezumiem rokās (tas bija tik daudz, cik Edinburgas Universitātes absolventes Annas de Graafas komandai bija), viņi sāka tos pagriezt, paplašināt un samazināt, lai visi galaktiku pāri būtu redzami vienā un tajā pašā stāvoklī. Pēc tam viņi virsū uzlika miljonu galaktisko pāru. Viens otru.(Pētnieku grupa, kuru vadīja Hideki Tanimura no Kosmosa astrofizikas institūta Orsijā, ir salikusi 260 000 galaktiku pāru.) Un tad pēkšņi kļuva redzami atsevišķi pavedieni, kas attēlo spoguļattēlus no karstas, reti sadedzinātas gāzes.
Šai metodei ir savi trūkumi. Saskaņā ar Kolorādo Bouldera universitātes astronoma Maikla Šīla teikto, rezultātu interpretācijai nepieciešami noteikti pieņēmumi par karstās gāzes temperatūru un izplatību telpā. Un, ņemot vērā signālu pārklāšanos, “vienmēr ir bažas par“vājiem signāliem”, kas rodas no milzīga datu apjoma apvienojuma. "Kā tas dažreiz notiek ar socioloģiskiem apsekojumiem, jūs varat iegūt kļūdainus rezultātus, ja sadalījumā parādās novirzes vai izlases veida kļūdas, kas kropļo statistiku."
Daļēji balstoties uz šiem apsvērumiem, astronomiskā kopiena atteicās uzskatīt šo jautājumu par atrisinātu. Karstu gāzu mērīšanai bija nepieciešama neatkarīga metode. Šovasar viņš parādījās.
Bākas efekts
Kamēr pirmās divas pētnieku grupas viena otrai uzlika signālus, trešā grupa sāka rīkoties savādāk. Šie zinātnieki sāka novērot tālu kvazāru, kad viņi izsauc spilgtu priekšmetu miljardu gaismas gadu attālumā, lai noteiktu gāzi it kā tukšajā starpgalaktiskajā telpā, caur kuru iziet tā gaisma. Tas bija kā izpētīt staru no tālās bākas, lai analizētu miglu, kas bija uzkrājusies ap to.
Parasti, kad astronomi veic šādus novērojumus, viņi meklē gaismu, ko absorbē atomu ūdeņradis, jo šo elementu Visumā ir visvairāk. Diemžēl šajā gadījumā šī iespēja tika izslēgta. Starpgalaktiskā siltā un karstā vide ir tik kvēlspuldze, ka tā jonizē ūdeņradi, atņemot tai vienīgo elektronu. Rezultāts ir brīvo protonu un elektronu plazma, kas nemaz neuztver gaismu.
Tāpēc zinātnieki nolēma meklēt citu elementu - skābekli. Siltumā-karstā starpgalaktiskā vidē skābekļa ir daudz mazāk nekā ūdeņradī, bet atomu skābeklī ir astoņi elektroni, bet ūdeņradī - viens. Karstuma dēļ lielākā daļa elektronu aizlidoja, bet ne visi. Šī pētnieku grupa, ko vadīja Fabrizio Nicastro no Romas Nacionālā astrofizikas institūta, izsekoja skābekļa absorbēto gaismu, kas ir zaudējusi sešus no astoņiem elektroniem. Viņi atklāja divus karstas starpgalaktiskās gāzes reģionus. “Skābeklis dod norādi, kas norāda uz daudz lielāka ūdeņraža un hēlija daudzumu,” sacīja Šulks, kurš ir Nikastro komandā. Pēc tam zinātnieki salīdzināja gāzes daudzumu, ko viņi atrada starp Zemi un kvazāru, ar Visumu kopumā. Rezultāts parādīja, ka viņi atrada trūkstošos 30%.
Šie skaitļi arī diezgan saskan ar CMB pētījuma secinājumiem. "Mūsu komandas apskatīja dažādus vienas un tās pašas mīklas gabalus un nonāca pie viena un tā paša secinājuma, kas mums dod pārliecību, ņemot vērā atšķirīgās pētījumu metodes," sacīja astronoms Maiks Bojāns-Kolčins no Teksasas Universitātes Ostinā.
Nākamajam solim, sacīja Shull, vajadzētu novērot vairāk kvazāru ar jaunās paaudzes rentgena un ultravioletajiem teleskopiem ar lielāku jutību. “Kvazārs, kuru mēs vērojām, bija labākā un spilgtākā bāka, kādu vien varējām atrast. Citi būs mazāk spilgti, un novērojumi ilgs ilgāk,”viņš sacīja. Bet šodien secinājums ir skaidrs. "Mēs secinām, ka ir atrasta trūkstošā baronu viela," rakstīja zinātnieki.
Ketija Moskviča (KATIA MOSKVITCH)