Jumătate din materia obișnuită a universului lipsea și este posibil să fi fost găsită

În cele din urmă, toată materia obișnuită a universului pare să fie prezentă și luată în considerare.

Astronomii au efectuat un nou recensământ al materiei din univers examinând modul în care fulgerele luminoase ale undelor radio din alte galaxii, numite explozii radio rapide, sunt distorsionate de particulele în drumul lor spre Pământ. Această analiză arată că aproximativ jumătate din materia obișnuită a universului, care a ocolit detectarea de zeci de ani, pândește în spațiul intergalactic, raportează cercetătorii online pe 27 mai în Natură.

Misterul materiei dispărute i-a supărat pe cosmologi de aproximativ 20 de ani. Acest material evaziv nu este materia întunecată invizibilă, neidentificată, care alcătuiește cea mai mare parte a masei din univers. Este o materie obisnuita, compusa din particule de gradina numite barioni, cum ar fi protoni si neutroni (SN: 10/11/17).

Observațiile luminii emise atunci când universul era tânăr indică faptul că barionii ar trebui să alcătuiască aproximativ 5% din toată masa și energia din cosmos. Dar, în universul modern, toată materia pe care astronomii o pot vedea cu ușurință, precum stelele și gazele din galaxii, însumează doar aproximativ jumătate din cantitatea așteptată de materie.

Oamenii de știință au bănuit de mult că materia lipsă se ascunde între galaxii, de-a lungul filamentelor de gaz înșirate între grupurile de galaxii într-o vastă rețea cosmică (SN: 1/20/14). „Dar nu am reușit să-l detectăm foarte bine, pentru că este cu adevărat, foarte difuz și nu strălucește puternic”, spune Jason Hessels, un astrofizician la Universitatea din Amsterdam, care nu este implicat în noua lucrare.

O anumită materie intergalactică este detectabilă prin modul în care absoarbe lumina obiectelor îndepărtate și strălucitoare numite quasari (SN: 25/10/02). Dar singura modalitate de a face inventarul tuturor barionilor din spațiul intergalactic se bazează pe exploziile misterioase de unde radio din alte galaxii, posibil generate de activitatea energetică din jurul stelelor neutronice sau al găurilor negre (SN: 2/7/20).

Chiar dacă nimeni nu știe ce cauzează aceste explozii, numite explozii radio rapide sau FRB, ele pot face detectoare barionice utile (SN: 7/25/14). Undele radio de înaltă frecvență și energie ale unei explozii trec prin materia intergalactică mai repede decât undele sale de joasă frecvență. Cu cât trec mai multă materie intergalactică undele unei explozii radio, cu atât undele de frecvență inferioară rămân mai în urmă – creând o pată detectabilă în semnalul radio în momentul în care ajunge pe Pământ.

Astrofizicianul J. Xavier Prochaska de la Universitatea din California, Santa Cruz și colegii săi au examinat cinci rafale radio rapide din cinci galaxii, toate detectate de Australian Square Kilometer Array Pathfinder (SN: 27/06/19). Pentru fiecare FRB, cercetătorii au comparat timpii de sosire a undelor radio de diferite frecvențe pentru a calcula numărul de barioni pe care i-a întâlnit explozia în călătoria sa prin spațiul intergalactic. Apoi, folosind distanța dintre galaxia gazdă a FRB și Calea Lactee, echipa lui Prochaska a putut calcula densitatea barionului de-a lungul acelei căi.

Explozii strălucitoare de unde radio din alte galaxii, numite rafale radio rapide sau FRB, i-au ajutat pe astronomi să găsească materie obișnuită nedetectabilă anterior. FRB-urile fac detectoare bune de materie, deoarece undele radio sunt afectate de particulele pe care le întâlnesc pe măsură ce traversează universul. Deși undele radio se deplasează toate cu aceeași viteză prin spațiul gol, undele de frecvență mai înaltă (prezentate în violet) trec prin materia intergalactică mai repede decât undele de frecvență mai joasă (indicate cu roșu). Măsurând când undele radio de diferite frecvențe ajung pe Pământ, astronomii își pot da seama câte particule de materie a întâlnit FRB în călătoria sa prin cosmos. Acest lucru le-a permis să identifice materia din regiunile întunecate dintre galaxii, care anterior era considerată lipsă.

Densitatea medie a materiei dintre Calea Lactee și fiecare dintre cele cinci galaxii gazdă FRB a ajuns la aproximativ un barion pe metru cub. Materialul din Calea Lactee este de aproximativ 1 milion de ori mai dens decât acesta, spune Prochaska, ceea ce face ca materialul intergalactic să fie „un mediu foarte firav”. Dar tot acel material slab, luat împreună, este suficient pentru a explica toată materia lipsă din univers – aducând materia obișnuită până la aproximativ 5% din materia și energia totală a universului modern, spun cercetătorii.

Astrofizicianul J. Michael Shull de la Universitatea din Colorado Boulder avertizează că „cinci este un număr îngrozitor de mic” de observații FRB din care să tragem concluzii despre numărul de barioni din universul modern. Dar „odată ce își vor doborî barele de eroare cu multe, multe alte explozii… Cred că acesta va fi cu adevărat cuiul în sicriu pentru această problemă barionică”, spune el.

Folosirea de rafale radio mai rapide ca stații de cântărire cosmică va fi, de asemenea, utilă pentru a identifica exact unde se află toată materia din univers, spune Shami Chatterjee, un radioastronom de la Universitatea Cornell, care nu este implicat în lucrare.

În acest moment, tot ce pot spune cercetătorii despre materia pierdută și găsită este că se află între galaxii. Dar cu mii de observații FRB, astronomii ar putea începe să descopere ușoarele variații ale densității barionilor de-a lungul liniilor de vizibilitate dintre Calea Lactee și alte galaxii pentru a cartografi rețeaua cosmică, spune Chatterjee.