Астрономы нашли потерянную половину вещества Вселенной

Исследования микроволнового реликтового излучения ранней Вселенной позволили довольно точно установить, что около 68,3 процента нашего мира составляет темная энергия. Еще 26,8 процента приходится на темную материю, и лишь 4,6 процента – обычное, знакомое барионное вещество, состоящее из протонов, нейтронов, электронов, фотонов. Эта материя складывает всех нас, все планеты и звезды, однако даже самые тщательные подсчеты массы барионного вещества в современной Вселенной дают странные результаты: его примерно вдвое меньше, чем должно быть. Как будто большая часть обычной материи куда-то пропала.

Согласно сегодняшним представлениям космологии, Вселенная пронизана колоссальными тяжами и сгустками темной материи, на которых, будто капли на паутине, «подвешены» галактики. Поэтому предполагается, что большие количества вещества могут находиться в состоянии ионизированного и чрезвычайно рассеянного газа, который распределяется вдоль нитей «космической сети». Теоретически такое межзвездное вещество (WHIM) должно быть раскалено до десятков тысяч, а то и миллионов градусов, и должно излучать в рентгеновском диапазоне.

Это излучение слишком слабо для того, чтобы замечаться рентгеновскими телескопами, однако телескоп Hubble сумел рассмотреть нужный сигнал в ультрафиолетовом диапазоне. По расчетам ученых, это может объяснить большую часть (до 70 процентов) нехватки вещества. Новая работа известного астрофизика из Эдинбургского университета Джона Пикока (John Peacock) и его коллег указывает, где может скрываться остальное.

В статье, представленной в открытой онлайн-библиотеке препринтов ArXiv.org, ученые предложили новый подход к поиску частиц межзвездной среды (WHIM) в «космической сети» темной материи. Для этого они обратились к исходному пункту, к реликтовому фону. С течением времени и расширением Вселенной длина его волны постоянно увеличивается, и сегодня это излучение «ушло» в радиодиапазон, а температура его составляет считанные градусы выше абсолютного нуля.

Однако если такие фотоны сталкиваются с горячими электронами WHIM, они могут получать дополнительную энергию, что ведет к уменьшению длины их волны. Это явление известно как эффект Сюняева – Зельдовича, действие его невероятно слабо: сокращение длины волны составляет порядка одной десятимиллионной. Чтобы рассмотреть его, Джон Пикок и его соавторы обратились к базе Слоановского цифрового небесного обзора (SDSS), содержащей данные наблюдений за сотнями миллионов галактик.

Из этого числа ученые отобрали около миллиона галактик, расположенных на одинаковом расстоянии от нас, данные по ним суммировали – и, действительно, обнаружили прежде ускользавшую от внимания астрономов часть материи. Согласно их новым оценкам, плотность горячего разреженного вещества в «космической сети» намного выше, чем считалось, и недостающего как раз достаточно для того, чтобы получить остальные 30 процентов.

Интересно, что независимо от шотландских астрофизиков и практически день в день с ними сходные выводы опубликовали ученые из Канады. Хидеки Танимура (Hideki Tanimura) с соавторами также вспомнили про эффект Сюняева – Зельдовича, однако использовали другую выборку из данных SDSS. Она насчитывала около 260 тыс. далеких галактик, но дала те же результаты.