В течение десятилетий астрономы сталкивались с проблемой: видимая часть обычного вещества — так называемой барионной материи — составляла лишь половину от того, что предсказывали космологические модели. Оставшиеся 7,5% от общей массы Вселенной, согласно расчетам, не удавалось обнаружить в звездах, газовых облаках и галактиках. Недавнее исследование международной группы ученых под руководством Боряны Хаджийска (Калифорнийский университет в Беркли) и Симоне Ферраро (Лаборатория имени Лоуренса Беркли) проливает свет на эту загадку.
Команда утверждает, что смогла обнаружить недостающее обычное вещество. По их данным, оно скрывается в форме практически невидимого ионизированного водорода, который образует огромные разреженные гало вокруг галактик. Эти газовые облака настолько прозрачны, что их присутствие не фиксировалось стандартными методами наблюдений.
Открытие напрямую связано с деятельностью сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик. Результаты работы свидетельствуют: черные дыры способны выбрасывать газовые потоки на расстояния, в пять раз превышающие прежние оценки. Более того, такие выбросы происходят не только на ранних стадиях жизни галактик, но и в течение всего их существования.
Для поиска ионизированного водорода исследователи объединили изображения примерно 7 миллионов ярких красных галактик, находящихся в пределах 8 миллиардов световых лет от Млечного Пути. Ключевым инструментом стал спектроскопический прибор DESI, установленный на четырехметровом телескопе Маялла в Национальной обсерватории Китт-Пик (Тусон, Аризона). Главный метод заключался в поиске эффекта Сюняева–Зельдовича — взаимодействия реликтового излучения (космический микроволновый фон, КМФ) с электронами скрытого газа. Когда КМФ проходит сквозь облако ионизированного водорода, его интенсивность изменяется, что позволяет «увидеть» невидимое.
Значимую роль сыграли и рекордные измерения КМФ, выполненные с помощью телескопа Atacama Cosmology Telescope (ACT) в Чили, который завершил работу в 2022 году. Эти данные позволили значительно повысить точность анализа.
Результаты имеют серьезные последствия для космологии. Во-первых, уточняется распределение вещества во Вселенной, что может ответить на вопрос о степени «комковатости» структуры космоса. Во-вторых, полученная информация важна для понимания процессов образования и эволюции галактик. Эффект Сюняева–Зельдовича становится мощным инструментом для изучения крупномасштабной структуры ранней Вселенной.
Боряна Хаджийска отмечает: «Мы считаем, что если смотреть на большие расстояния от галактики, то мы восстанавливаем всё исчезнувшее вещество. Но чтобы быть точнее, нам нужно провести тщательный анализ с помощью симуляций, чего мы пока не сделали. Мы хотим сделать всё максимально аккуратно». Симоне Ферраро добавляет: «Измерения вполне согласуются с тем, что весь газ найден». По словам Ферраро, «космический микроволновой фон находится за всем, что мы видим во Вселенной. Его можно использовать как подсветку, чтобы обнаружить, где находится газ». Хаджийска подчеркивает интерес научного сообщества: «Очень многие хотят воспользоваться нашими измерениями для глубокого анализа, включающего этот газ. Для астрономов это крайне важно для понимания формирования и эволюции галактик».
Полный отчет об исследовании будет опубликован в журнале Physics Research Letters. Предпубликация доступна на arXiv под названием «Доказательства масштабной барионной обратной связи на малых и средних красных смещениях на основе кинематического эффекта Сюняева–Зельдовича с ACT и фотометрическими галактиками DESI» (Hadzhiyska B. и др., 2024).
Изображение носит иллюстративный характер
Команда утверждает, что смогла обнаружить недостающее обычное вещество. По их данным, оно скрывается в форме практически невидимого ионизированного водорода, который образует огромные разреженные гало вокруг галактик. Эти газовые облака настолько прозрачны, что их присутствие не фиксировалось стандартными методами наблюдений.
Открытие напрямую связано с деятельностью сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик. Результаты работы свидетельствуют: черные дыры способны выбрасывать газовые потоки на расстояния, в пять раз превышающие прежние оценки. Более того, такие выбросы происходят не только на ранних стадиях жизни галактик, но и в течение всего их существования.
Для поиска ионизированного водорода исследователи объединили изображения примерно 7 миллионов ярких красных галактик, находящихся в пределах 8 миллиардов световых лет от Млечного Пути. Ключевым инструментом стал спектроскопический прибор DESI, установленный на четырехметровом телескопе Маялла в Национальной обсерватории Китт-Пик (Тусон, Аризона). Главный метод заключался в поиске эффекта Сюняева–Зельдовича — взаимодействия реликтового излучения (космический микроволновый фон, КМФ) с электронами скрытого газа. Когда КМФ проходит сквозь облако ионизированного водорода, его интенсивность изменяется, что позволяет «увидеть» невидимое.
Значимую роль сыграли и рекордные измерения КМФ, выполненные с помощью телескопа Atacama Cosmology Telescope (ACT) в Чили, который завершил работу в 2022 году. Эти данные позволили значительно повысить точность анализа.
Результаты имеют серьезные последствия для космологии. Во-первых, уточняется распределение вещества во Вселенной, что может ответить на вопрос о степени «комковатости» структуры космоса. Во-вторых, полученная информация важна для понимания процессов образования и эволюции галактик. Эффект Сюняева–Зельдовича становится мощным инструментом для изучения крупномасштабной структуры ранней Вселенной.
Боряна Хаджийска отмечает: «Мы считаем, что если смотреть на большие расстояния от галактики, то мы восстанавливаем всё исчезнувшее вещество. Но чтобы быть точнее, нам нужно провести тщательный анализ с помощью симуляций, чего мы пока не сделали. Мы хотим сделать всё максимально аккуратно». Симоне Ферраро добавляет: «Измерения вполне согласуются с тем, что весь газ найден». По словам Ферраро, «космический микроволновой фон находится за всем, что мы видим во Вселенной. Его можно использовать как подсветку, чтобы обнаружить, где находится газ». Хаджийска подчеркивает интерес научного сообщества: «Очень многие хотят воспользоваться нашими измерениями для глубокого анализа, включающего этот газ. Для астрономов это крайне важно для понимания формирования и эволюции галактик».
Полный отчет об исследовании будет опубликован в журнале Physics Research Letters. Предпубликация доступна на arXiv под названием «Доказательства масштабной барионной обратной связи на малых и средних красных смещениях на основе кинематического эффекта Сюняева–Зельдовича с ACT и фотометрическими галактиками DESI» (Hadzhiyska B. и др., 2024).
