Daugelį metų mokslininkai nesugebėjo rasti materijos gabalo visatoje. Neseniai paskelbtoje medžiagoje parodyta, kur ji slepiasi.
Astronomai pagaliau rado paskutinius trūkstamus visatos gabalus. Jie slapstėsi nuo dešimtojo dešimtmečio vidurio ir tam tikru momentu tyrėjai nusprendė sudaryti visos „įprastos“erdvės materijos, įskaitant žvaigždes, planetas, dujas, tai yra, viską, kas susideda iš atominių dalelių, aprašą. (Tai nėra „tamsiosios materijos“, kuri yra atskira paslaptis.) Remdamiesi teorinių tyrimų išvadomis apie jos kilmę Didžiojo sprogimo metu, mokslininkai turėjo gana aiškią idėją, koks turėtų būti šis dalykas. Kosminių mikrobangų fono (šviesos likučių iš Didžiojo sprogimo) tyrimai vėliau patvirtino šiuos pirminius vertinimus.
- „Salik.biz“
Jie sudėjo visus dalykus, kuriuos galėjo pamatyti: žvaigždes, dujų debesis ir panašiai. Tai yra, visi vadinamieji baronai. Jie sudarė tik 10% to, kas turėjo būti. Ir kai mokslininkai padarė išvadą, kad įprasta materija sudaro tik 15% visos visatos materijos (likusi dalis yra tamsiosios materijos), iki to laiko jie buvo išradę tik 1,5% visos visatos materijos.
Atlikę daugybę tyrimų, astronomai neseniai rado paskutinius visatos paprastosios medžiagos gabalus. (Jie vis dar sumišę, nežinodami, iš ko sudaryta tamsiosios medžiagos.) Ir nors paieškų prireikė labai ilgai, mokslininkai ją rado ten, kur tikėjosi rasti: didžiuliuose karštų dujų garbanose, užimančiose tuštumas tarp galaktikų. Tiksliau, jie vadinami šilta-karšta tarpgalaktinė aplinka (WHIM).
Pirmieji požymiai, kad tarp galaktikų gali egzistuoti didžiuliai iš esmės nematomų dujų regionai, atsirado atlikus kompiuterinį modeliavimą 1998 m. „Mes norėjome pamatyti, kas atsitiks su visomis šiomis dujomis visatoje“, - sakė kosmologas Jeremijas Ostrikeris iš Prinstono universiteto, kuris pastatė vieną iš tokių modelių kartu su savo kolega Renyue Cenu. Šie mokslininkai modeliavo dujų judėjimą visatoje veikiant gravitacijai, šviesai, supernovų sprogimams ir visoms jėgoms, kurios judina materiją per kosmosą. „Mes nustatėme, kad dujos kaupiasi aptinkamuose siūluose“, - sakė Ostrikeris.
Bet tada jie negalėjo rasti šių gijų.
„Nuo pirmųjų kosmologinio modeliavimo dienų tapo aišku, kad nemaža dalis baroninės medžiagos egzistuoja karštoje difuzinėje formoje už galaktikų ribų“, - teigė Liverpulio universiteto astrofizikas. Johnas Mooresas Ianas McCarthy. Astronomai manė, kad šie karšti barionai atitiks kosminį antstatą, pagamintą iš nematomos tamsiosios medžiagos, kuris užpildo milžiniškas tuštumas tarp galaktikų. Tamsiosios medžiagos traukos jėga turėtų pritraukti dujas ir jas pašildyti iki kelių milijonų laipsnių temperatūros. Deja, labai sunku rasti karštų ir retai naudojamų dujų.
Norėdami sužinoti paslėptus siūlus, dvi mokslininkų komandos savarankiškai pradėjo ieškoti tikslių relikvijos spinduliuotės iškraipymų (po švytėjimo iš Didžiojo sprogimo). Kadangi ankstyvosios visatos šviesa teka per kosminę erdvę, ją gali paveikti regionai, kuriais ji praeina. Visų pirma, karštai jonizuotose dujose esantys elektronai (kurie sudaro šilta-karšta tarpgalaktinę terpę) turi sąveikauti su relikto radiacijos protonais ir tokiu būdu, kad tai suteiktų protonams papildomos energijos. Todėl CMB spektras turėtų būti iškraipytas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Deja, net geriausi CMB žemėlapiai (gauti iš „Planck“palydovo) tokių iškraipymų neparodė. Arba nebuvo dujų, arba smūgis buvo per silpnas ir nepastebimas.
Tačiau abiejų grupių mokslininkai buvo pasiryžę tai padaryti matomu. Iš kompiuterinių visatos modelių, kuriuose atsirado vis daugiau detalių, jie žinojo, kad dujos turi tęstis tarp masyvių galaktikų kaip voratinklis ant palangės. Planko palydovas niekur negalėjo pamatyti dujų tarp galaktikų porų. Taigi tyrėjai sugalvojo būdą, kaip milijoną kartų sustiprinti silpną signalą.
Pirmiausia jie nuskenavo žinomų galaktikų katalogus, bandydami surasti ieškomas poras, tai yra galaktikas, kurios yra pakankamai masyvios ir išdėstytos pakankamai toli viena nuo kitos, kad tarp jų galėtų atsirasti gana tankus dujų tinklas. Tada astrofizikai grįžo prie palydovo duomenų, išsidėsčiusių kiekvienoje galaktikų poroje, ir iš esmės skaitmeninę žirklėmis tą regioną išraižė iš kosmoso. Turėdami per milijoną iškarpų rankose (tiek, kiek turėjo Edinburgo universiteto abiturientės Anna de Graaff komanda), jie pradėjo suktis, didėti ir mažinti jas taip, kad visos galaktikų poros būtų matomos toje pačioje padėtyje. Vienas kitą.(Tyrėjų komanda, vadovaujama Hideki Tanimura iš Kosminio astrofizikos instituto Orsėjuje, surinko 260 000 galaktikų porų.) Ir tada staiga tapo matomi atskiri siūlai, vaizduojantys vaiduokliškas karštų, retai sutirštintų dujų gijas.
Šis metodas turi savo trūkumų. Anot astronomo Michaelio Shullio iš Kolorado Boulderio universiteto, rezultatų aiškinimui reikalingos tam tikros prielaidos dėl karštų dujų temperatūros ir pasiskirstymo erdvėje. Kadangi signalai sutampa, „visada nerimaujama dėl„ silpnų signalų “, atsirandančių dėl didžiulio duomenų kiekio derinio. „Kaip kartais būna sociologinių tyrimų atveju, klaidingų rezultatų įmanoma gauti, kai suskirstyme atsiranda pašalinių ar atsitiktinių imčių klaidų, kurios iškreipia statistiką“.
Iš dalies remdamasi šiais svarstymais, astronomijos bendruomenė atsisakė laikyti šią problemą išspręsta. Karštų dujų matavimui reikėjo nepriklausomo metodo. Šią vasarą jis pasirodė.
Švyturio efektas
Kol pirmosios dvi tyrėjų grupės viena kitai rodė signalus, trečioji komanda pradėjo elgtis kitaip. Šie mokslininkai, norėdami aptikti dujas tariamai tuščioje tarpgalaktinėje erdvėje, pro kurią sklinda jos šviesa, pradėjo stebėti tolimąjį kvazarą, nes jie vadina šviesų objektą milijardų šviesmečių atstumu. Tai buvo tarsi tirti tolimojo švyturio spindulį, kad būtų galima išanalizuoti aplink jį susikaupusį rūką.
Paprastai, kai astronomai atlieka tokius stebėjimus, jie ieško šviesos, sugertos atominio vandenilio, nes šio elemento yra daugiausiai visatoje. Deja, šiuo atveju ši galimybė buvo atmesta. Šilta-karšta tarpgalaktinė terpė yra tokia kaitri, kad jonizuoja vandenilį, atimdama vienintelį elektroną. Rezultatas yra laisvųjų protonų ir elektronų, kurie visai nesugeria šviesos, plazma.
Todėl mokslininkai nusprendė ieškoti kito elemento - deguonies. Deguonies šiltoje-karštoje tarpgalaktinėje terpėje yra daug mažiau nei vandenilyje, tačiau atominiame deguonyje yra aštuoni elektronai, o vandenilyje - vienas. Dėl karščio dauguma elektronų išskrenda, bet ne visi. Ši tyrimų komanda, vadovaujama Fabrizio Nicastro iš Romos nacionalinio astrofizikos instituto, stebėjo deguonies sugertą šviesą, praradusią šešis iš aštuonių elektronų. Jie atrado du karštų tarpgalaktinių dujų regionus. „Deguonis suteikia norą, kuris rodo daug didesnį vandenilio ir helio tūrį“, - teigė „Nikastro“komandos narys Schull. Tuomet mokslininkai palygino dujų, kurias jie rado tarp Žemės ir kvazaro, kiekį visatoje. Rezultatas parodė, kad jie rado trūkstamus 30 proc.
Šie skaičiai taip pat gana gerai atitinka CMB tyrimo išvadas. „Mūsų komandos pažvelgė į skirtingus tos pačios dėlionės gabalus ir priėjo prie tos pačios išvados, kuri suteikia pasitikėjimo, atsižvelgiant į tyrimo metodų skirtumą“, - sakė astronomas Mike'as Boylanas-Kolchinas iš Teksaso universiteto Austine.
Shull teigė, kad kitas žingsnis bus stebėti daugiau kvazarų su naujos kartos rentgeno ir ultravioletiniais teleskopais, pasižyminčiais didesniu jautrumu. „Kvazaras, kurį stebėjome, buvo geriausias ir ryškiausias švyturys, kokį tik galime rasti. Kiti bus mažiau ryškūs, o stebėjimai truks ilgiau “, - sakė jis. Tačiau šiandien išvada aiški. „Mes darome išvadą, kad trūkstamų baronų medžiagų buvo rasta“, - rašė mokslininkai.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)