Астраномы знайшлі, нарэшце, апошнія часткі Сусвету, якія адсутнічаюць. Яны хаваліся з сярэдзіны 1990-х гадоў, і ў нейкі момант даследчыкі вырашылі правесці інвентарызацыю ўсёй «звычайнай» матэрыі ў космасе, уключаючы зоркі, планеты, газ – гэта значыць, усё, што складаецца з атамных часціц. (Гэта не «цёмная матэрыя», якая з’яўляецца асобнай загадкай.) Навукоўцы мелі даволі дакладнае ўяўленне аб тым, колькі павінна быць гэтай матэрыі, зыходзячы з высноваў тэарэтычных даследаванняў аб яе ўзнікненні ў момант Вялікага выбуху. Даследаванні рэліктавага мікрахвалевага фону касмічнага выпраменьвання (рэшткі святла ад Вялікага выбуху) пазней пацвердзілі гэтыя першапачатковыя ацэнкі.
Яны склалі ўсю матэрыю, якую маглі ўбачыць: зоркі, газавыя воблака і да таго падобнае. Гэта значыць, усё так званыя барыёны. На іх долю прыйшлося ўсяго 10% ад таго, колькі павінна было быць. А калі навукоўцы прыйшлі да высновы, што звычайная матэрыя складае толькі 15% усёй матэрыі ў Сусвеце (астатняе – цёмная матэрыя), яны да гэтага часу праінвентарызаваць усяго 1,5% усёй матэрыі Сусвету.
Правёўшы цэлую серыю даследаванняў, астраномы нядаўна знайшлі апошнія кавалкі звычайнай матэрыі ў Сусвеце. (Яны да гэтага часу ў здзіўленні, не ведаючы, з чаго складаецца цёмная матэрыя.) І хоць на пошукі сышло вельмі шмат часу, навукоўцы знайшлі яе менавіта там, дзе і разлічвалі знайсці: у велізарных завітках гарачых газаў, якія займаюць пустэчы паміж галактыкамі. Дакладней яны называюцца цёпла-гарачым міжгалактычным асяроддзем (WHIM).
Першыя ўказанні на тое, што паміж галактыкамі могуць існаваць шырокія вобласці, па сутнасці справы, нябачнага газу, з’явіліся на аснове камп’ютэрнага мадэлявання ў 1998 годзе. «Мы хацелі ўбачыць, што адбываецца з усім гэтым газам ва Сусвету», – сказаў касмолаг Джэрэмайі Острикер (Jeremiah Ostriker) з Прынстанскага ўніверсітэта,- сканструявалі адну з такіх мадэляў разам са сваім калегам Ренью Сэнам (Renyue Cen). Гэтыя навукоўцы змадэлявалі рух газу ў Сусвеце пад уздзеяннем гравітацыі, святла, выбухаў звышновых зорак і ўсіх тых сілаў, якія перамяшчаюць матэрыю ў космасе. «Мы прыйшлі да высновы, што газ назапашваецца ў нітках, якія можна выявіць», – сказаў Острикер.
Але гэтыя ніткі яны выявіць не маглі – тады.
«З першых дзён касмалагічнага мадэлявання стала зразумела, што значная частка барыённой матэрыі існуе ў гарачай дыфузнай форме па-за галактыкамі», – распавёў астрафізік Ліверпульскі ўніверсітэт ім. Джона Мурса Іэн Макарці (Ian McCarthy). Астраномы думалі, што гэтыя гарачыя барыёны будуць адпавядаць касмічнай суперструктуру, якая складаецца з нябачнай цёмнай матэрыі, якая запаўняе гіганцкія пустэчы паміж галактыкамі. Сіла прыцягнення цёмнай матэрыі павінна прыцягваць газ і награваць яго да тэмпературы ў некалькі мільёнаў градусаў. Але на жаль, знайсці гарачы і разрэджаны газ выключна цяжка.
Каб выявіць схаваныя ніткі, два калектывы вучоных незалежна адзін ад аднаго пачалі шукаць дакладныя скажэнні рэліктавага выпраменьвання (посляззянне ад Вялікага выбуху). Паколькі святло з ранняй Сусвету накіроўваецца патокам праз касмічную прастору, ён можа падвяргацца ўздзеянню тых рэгіёнаў, праз якія праходзіць. У прыватнасці, электроны у гарачым іянізаваным газе (які складае цяпло-гарачую міжгалактычных сераду) павінны ўступаць ва ўзаемадзеянне з пратонамі з рэліктавага выпраменьвання, прычым такім чынам, што гэта будзе надаваць пратонам дадатковую энергію. Такім чынам, спектр рэліктавага выпраменьвання павінен скажацца.
На жаль, нават самыя лепшыя карты рэліктавага выпраменьвання (атрыманыя са спадарожніка «Планк») такіх скажэнняў не паказалі. Альбо там не было газу, альбо ўздзеянне было занадта слабым і незаўважным.
Але навукоўцы з двух каманд былі поўныя рашучасці зрабіць яго прыкметным. З кампутарных мадэляў Сусвету, у якіх з’яўлялася ўсё больш дэталяў, яны ведалі, што газ павінен расцягвацца паміж масіўнымі галактыкамі як павуцінне па падваконніку. Спадарожнік «Планк» нідзе не здолеў разгледзець газ паміж парамі галактык. Таму даследчыкі вынайшлі спосаб узмацніць слабы сігнал у мільён разоў.
Спачатку яны прагледзелі каталогі вядомых галактык ў спробе знайсці патрэбныя пары, гэта значыць, галактыкі, якія досыць масіўныя і знаходзяцца на такой адлегласці адзін ад аднаго, каб паміж імі магла з’явіцца даволі шчыльная павуціна газу. Затым астрафізікі вярнуліся да дадзеных са спадарожніка, вызначылі месцазнаходжанне кожнай пары галактык і, па сутнасці справы, выразалі гэты рэгіён з космасу пры дапамозе лічбавых нажніц. Маючы на руках больш за мільён выразак (менавіта столькі было ў калектыву аспіранткі Эдынбургскі універсітэта Ганны дэ Граафа (Anna de Graaff), яны пачалі іх круціць, павялічваць і памяншаць, каб усе пары галактык былі бачныя ў аднолькавым становішчы. Пасля гэтага яны наклалі мільён галактычных пар адзін на аднаго. (Каманда даследнікаў пад кіраўніцтвам Хідекі Танімура (Hideki Tanimura) з Інстытута касмічнай астрафізікі ў Орсе скампанаваць 260 тысяч пар галактык.) І тут асобныя ніткі, якія ўяўляюць сабой прывідныя валокны гарачага разрэджанага газу, раптам сталі бачныя.
У гэтага метаду ёсць свае недахопы. Па словах астранома Майкла Шулла (Michael Shull) з каларадскага ўніверсітэта ў Боулдере, для інтэрпрэтацыі вынікаў неабходныя пэўныя дапушчэнні датычна тэмпературы і размеркавання гарачага газу ў прасторы. А з-за накладання сігналаў «заўсёды ўзнікае занепакоенасць з нагоды «слабых сігналаў», якія з’яўляюцца вынікам камбінавання велізарнай колькасці дадзеных. «Як гэта бывае часам пры правядзенні сацыялагічных апытанняў, можна атрымаць памылковыя вынікі, калі ў разбіўцы з’яўляюцца выпадаючыя значэння або памылкі выпадковай выбаркі, якія скажаюць статыстыку».
Зыходзячы збольшага з гэтых меркаванняў, астранамічная супольнасць адмовілася лічыць гэта пытанне вырашаным. Патрэбен быў незалежны спосаб для вымярэння гарачых газаў. Гэтым летам ён з’явіўся.
эфект маяка
Пакуль дзве першыя групы даследчыкаў накладвалі адзін на аднаго сігналы, трэцяя каманда пачала дзейнічаць іншым спосабам. Гэтыя навукоўцы пачалі назіранне за далёкім квазараў, як называюць яркі аб’ект, які знаходзіцца на выдаленні мільярдаў светлавых гадоў, каб выявіць газ у нібыта пустой міжгалактычнай прасторы, праз якое праходзіць яго святло. Гэта было падобна на вывучэнне прамяня ад далёкага маяка з мэтай аналізу назапашанага вакол яго туману.
Звычайна, калі астраномы вядуць такія назірання, яны шукаюць святло, паглынуты атамарным вадародам, паколькі гэтага элемента ў Сусвеце больш за ўсё. На жаль, у дадзеным выпадку такі варыянт быў выключаны. Цяпло-гарачая міжгалактычная серада настолькі напалена, што яна іянізуе вадарод, пазбаўляючы яго адзінага электрона. У выніку атрымліваецца плазма з вольных пратонаў і электронаў, якія наогул не паглынаюць святло.
Таму навукоўцы вырашылі пашукаць іншы элемент – кісларод. Кіслароду ў цяпло-гарачай міжгалактычнай асяроддзі нашмат менш, чым вадароду, але ў атамарнага кіслароду восем электронаў, у той час як у вадароду адзін. З-за высокай тэмпературы большасць электронаў ляцяць прэч, але не ўсё. Гэтая даследчая група на чале з Фабрыцыо Нікастра (Fabrizio Nicastro) з рымскага Нацыянальнага інстытута астрафізікі адсачыла святло, паглынуты кіслародам, страціўшым шэсць з васьмі электронаў. Яны выявілі дзве вобласці распаленага міжгалактычнай газу. «Кісларод дае пазнаку, якая паказвае на наяўнасць значна больш буйнога аб’ёму вадароду і гелія», – сказаў Шулл, які працуе ў камандзе Никастро. Затым навукоўцы супаставілі колькасць газу, знойдзенага імі паміж Зямлёй і квазараў, са Сусвету ў цэлым. Вынік паказаў, што яны знайшлі 30%, якія адсутнічаюць.
Гэтыя лічбы таксама цалкам адпавядаюць з высновамі даследавання рэліктавага выпраменьвання. «Нашы групы разгледзелі розныя кавалачкі адной і той жа галаваломкі і зрабілі аднолькавы выснову, які надае нам упэўненасці з улікам розніцы ў метадах даследавання», – сказаў астраном Майк Бойлан-Колчын (Mike Boylan-Kolchin), які працуе ў Тэхаскім універсітэце ў Осціне.
Па словах Шулла, наступным крокам павінна стаць назіранне за вялікай колькасцю квазараў пры дапамозе рэнтгенаўскіх і ўльтрафіялетавых тэлескопаў новага пакалення, якія валодаюць больш высокай адчувальнасцю. «Той квазар, за якім мы назіралі, быў лепшым і самым яркім маяком, які мы толькі змаглі знайсці. Іншыя будуць менш яркімі, і назіранні працягнуцца даўжэй », – сказаў ён. Але на сёння вынік зразумелы. «Мы робім заключэнне аб тым, што недастатковая барыённая матэрыя знойдзеная», – напісалі навукоўцы.
Астраномы знайшлі, нарэшце, апошнія часткі Сусвету, якія адсутнічаюць.
