Половина обычной материи, из которой состоит всё видимое во Вселенной, долгое время оставалась невидимой для астрономов. Теперь её удалось обнаружить — благодаря реликтовому излучению и 7 миллионам галактик.
Обычная материя — это всё, что состоит из атомов: люди, планеты, звёзды, межзвёздный газ. Но даже её во Вселенной совсем немного — лишь около 15%. Остальное составляет загадочная тёмная материя. При этом долгое время астрономы могли наблюдать лишь половину этой обычной, атомной составляющей. Теперь международная команда исследователей установила, где скрывалась оставшаяся часть.
Астрономы выяснили: недостающая материя находится в виде очень разреженного ионизированного водорода. Он образует гало вокруг галактик и сплетён в гигантские нити космической паутины, соединяющей структуры во Вселенной. Этот водород невозможно увидеть традиционными телескопами.
Чтобы его зафиксировать, учёные использовали реликтовое излучение — самый древний свет во Вселенной. Они сложили изображения около 7 миллионов галактик, полученные прибором DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) в Аризоне, и сравнили их с данными Атакамского космологического телескопа в Чили. Так удалось увидеть, как реликтовый свет меняется при прохождении через невидимый ионизированный газ.
Результаты подтвердили: материя, которая долго не поддавалась наблюдению, действительно существует. Это устраняет одно из ключевых расхождений между наблюдениями и космологическими теориями.
Чтобы обнаружить слабый сигнал ионизированного водорода вокруг очень ярких красных галактик, исследователи наложили друг на друга изображения более миллиона галактик. Эти четыре кадра показывают совмещённые изображения галактик на разном расстоянии от Земли, отображающие только ту часть электромагнитного спектра, на которую влияет рассеяние электронов (кинетический эффект Сюняева — Зельдовича). Синие и зелёные цвета отражают малейшие температурные колебания реликтового излучения (космического микроволнового фона). Жёлтый центр указывает на рассеяние света КМБ в обширной оболочке водорода, окружающей эти галактики. В видимом свете галактики выглядели бы как несколько пикселей в центре жёлтого пятна.
Фото: Боряна Хаджийска и Симоне Ферраро, по данным DESI и ACT; Hadzhiyska et al.
Дополнительно исследователи обнаружили, что сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик оказываются куда более активными, чем предполагалось ранее. Они выбрасывают в пять раз больше материи и энергии, чем считали учёные. Такая активность формирует обратную связь: потоки излучения из центра галактики подавляют или стимулируют рождение новых звёзд.
Также стало ясно, что ионизированный газ не распределён хаотично, а движется по структурам космической паутины. Это открытие уже называют важнейшим шагом к уточнению модели эволюции галактик и Вселенной в целом.
Исследование опубликовали в журнале Physical Review Letters, препринт доступен на сайте препринтов arXiv.
