Για δεκαετίες, το σύγχρονη αστρονομία έχει σκοντάψει σε ένα αμήχανο ερώτημα: όταν προσθέτετε όλα όσα μπορείτε να δείτε και να αγγίξετε στο σύμπαν, από πλανήτες και αστέρια μέχρι κοσμικό αέριο και σκόνη, σχεδόν το ήμισυ της συνηθισμένης ύλης που προβλέφθηκε από θεωρητικά μοντέλα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη φαινόταν να λείπει. Αυτό που ξεκίνησε ως μια απλή απόκλιση στους υπολογισμούς έχει εξελιχθεί σε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα στην κοσμολογία σήμερα. Αλλά τώρα, έρευνα που δημοσιεύτηκε στο... Φύση Αστρονομία κατάφερε να ρίξει φως σε αυτό το μυστήριο με τη βοήθεια ενός απροσδόκητου κοσμικού «εργαλείου»: του γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξειςή FRBs.
FRBs Είναι έντονοι παλμοί εξαιρετικά σύντομων ραδιοκυμάτων που, παρά τη φευγαλέα φύση τους, διαθέτουν αρκετή ισχύ για να διασχίσουν απέραντους χώρους στο σύμπαν. Μέχρι πριν από λίγα χρόνια, πολλοί αστρονόμοι δεν υποψιάζονταν καν την ύπαρξή τους, αλλά σήμερα έχουν αναλάβει ηγετικό ρόλο στη μέτρηση του υλικού περιεχομένου του σύμπαντος.
Η διεθνής ομάδα που είναι υπεύθυνη για την ανακάλυψη, η οποία αποτελείται από επιστήμονες από το Κέντρο Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν και caltech, έχει αναλύσει 60 συμβάντα FRB που εκτείνονται σε αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός για να χαρτογραφήσει πώς βαρυονική ύλη —φυσιολογικά πρωτόνια και νετρόνια— στον κοσμικό ιστό. Χρησιμοποιώντας μια τεχνική συγκρίσιμη με τη χρήση ενός φακού σε μια ομιχλώδη νύχτα, εκτίμησαν την ποσότητα της αόρατης ύλης αναλύοντας τις χρονικές καθυστερήσεις άφιξης διαφορετικών ραδιοσυχνοτήτων στη Γη.
Πού κρύβεται η συνηθισμένη ύλη;
Χρησιμοποιώντας αυτήν την έξυπνη μέθοδο, κατέστη δυνατό να επαληθευτεί ότι περίπου Το 76% της βαρυονικής ύλης αιωρείται μεταξύ γαλαξιών, με τη μορφή ιονισμένου, εξαιρετικά διάχυτου αερίου που σχηματίζει ένα είδος «κοσμικής ομίχλης». Ένα άλλο 15% της ύλης βρίσκεται σε γαλαξιακές άλω - αυτές τις αόρατες περιοχές που περιβάλλουν τους γαλαξίες - και μόνο μια μικρότερη ποσότητα περιέχεται μέσα στα ίδια τα αστέρια ή σε νέφη ψυχρού αερίου.
Μέχρι τώρα, τα παραδοσιακά τηλεσκόπια ήταν αναποτελεσματικά στην ανίχνευση αυτής της σκεδασμένης ύλης, καθώς είναι πολύ αμυδρή για να εκπέμψει ορατό φως. Ωστόσο, μέτρο διασποράς Η ανάλυση των σημάτων FRB μας επέτρεψε να «ζυγίσουμε» αυτό το αέριο, προσδιορίζοντας έτσι την κατανομή της κανονικής ύλης στο σύγχρονο σύμπαν. Αυτά τα συμπεράσματα είναι σύμφωνα με όσα προέβλεψαν τα πιο προηγμένα κοσμολογικά μοντέλα, παρέχοντας μία από τις πιο αναμενόμενες άμεσες επιβεβαιώσεις τα τελευταία χρόνια.
Η σημασία του κοσμικού ιστού και των δυναμικών διεργασιών
Ένα από τα βασικά ερωτήματα που απαντά η παρούσα έρευνα είναι γιατί Το μεγαλύτερο μέρος της ορατής ύλης δεν βρίσκεται στους γαλαξίεςΠροσομοιώσεις και παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι οι πιο ενεργητικές διεργασίες —όπως οι εκρήξεις σουπερνόβα ή η δραστηριότητα των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών— αποβάλλουν μεγάλο μέρος του αερίου από τους γαλαξίες, εκτοξεύοντάς το στο απέραντο διαγαλαξιακό μέσο. Έτσι, η ύλη «επιπλέει» διασκορπισμένη στον κοσμικό ιστό, μακριά από γαλαξιακά περιβάλλοντα όπου η βαρύτητα τείνει να την έλκει, αλλά πολλαπλοί μηχανισμοί τελικά την επιστρέφουν στο διάστημα. Για να κατανοήσετε σε βάθος πώς λειτουργεί αυτή η δυναμική, μπορείτε να συμβουλευτείτε τα χαρακτηριστικά και η ταξινόμηση των σπειροειδών γαλαξιών.
Η κατανόηση της ακριβούς θέσης αυτών των βαρυονίων είναι ζωτικής σημασίας για να εξηγηθεί ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζονται και εξελίσσονται οι γαλαξίες, η κατανομή των άστρων και οι διαδικασίες που επιτρέπουν ή περιορίζουν την εμφάνιση νέων κοσμικών δομών. Σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης, το γεγονός ότι τα FRB μας επιτρέπουν να εντοπίσουμε αυτό το αόρατο στοιχείο ανοίγει ένα νέο στάδιο στην εξερεύνηση του σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα.
Από το αίνιγμα στη νέα εποχή της κοσμικής εξερεύνησης
Για αριθμούς όπως Βίκραμ Ράβι y Λίαμ Κόνορ, που εμπλέκονται άμεσα στην έρευνα, αυτή η ανακάλυψη αποτελεί «έναν πραγματικό θρίαμβο της σύγχρονης αστρονομίας». Οι FRB έχουν καθιερωθεί ως ένα επαναστατικό εργαλείο για εντοπίστε και χαρτογραφήστε αόρατη ύλη και, παράλληλα, να επιβεβαιώνουν την εγκυρότητα των τρεχόντων κοσμολογικών μοντέλων. Χάρη στις δυνατότητες των νέων τηλεσκοπίων και των μελλοντικών έργων όπως DSA-2000 o ΧΟΡΔΗ, η επιστημονική κοινότητα ελπίζει να πολλαπλασιάσει τον αριθμό των FRB που αναλύονται και να εξερευνήσει τον κοσμικό ιστό με πρωτοφανή ακρίβεια τα επόμενα χρόνια.
Εκτός από την επίλυση ενός αριθμητικού ζητήματος, να ξέρετε πού βρίσκεται η βαρυονική ύλη Επιτρέπει την εις βάθος διερεύνηση βασικών φαινομένων, όπως οι συνθήκες υπό τις οποίες συμβαίνει ο σχηματισμός των γαλαξιών ή ο τρόπος με τον οποίο το φως ταξιδεύει σε δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτά τα βαρυόνια, αντί να παραμένουν ακίνητα, υπόκεινται σε δυναμικούς κύκλους: η βαρύτητα τα αναγκάζει να πέσουν μέσα στους γαλαξίες, αλλά οι ενεργειακές διεργασίες μπορούν να τα διασκορπίσουν ξανά, λειτουργώντας ως ένα είδος κοσμικού θερμοστάτη που ρυθμίζει τη θερμική ισορροπία του σύμπαντος.
Επιπτώσεις για την κοσμολογία και μελλοντικά βήματα
Η πρόοδος που έχει επιτευχθεί με τη χρήση των FRB όχι μόνο επικυρώνει την ιδέα ότι Σχεδόν όλη η ορατή ύλη στο σύμπαν βρίσκεται έξω από τους γαλαξίες, αλλά αποκλείει επίσης εναλλακτικές υποθέσεις που έδειχναν τα γαλαξιακά φωτοστέφανα ως πιθανό καταφύγιο για «κρυμμένη» ύλη. Αυτό το αποτέλεσμα θέτει επίσης ένα όριο στην ποσότητα μάζας που μπορεί να μετατραπεί σε αστέρια, με άμεσες επιπτώσεις στα μοντέλα σχηματισμού αστεριών και στην κατανόησή μας για την εξέλιξη του σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα. Για να επεκτείνετε τις γνώσεις σας για το παρατηρήσιμο σύμπαν, μπορείτε να επισκεφθείτε το παρατηρήσιμο σύμπαν.
Οι ειδικοί βλέπουν την εδραίωση αυτής της τεχνικής ως το αρχικό όπλο για μια Νέα εποχή στην παρατηρησιακή κοσμολογία, καθώς η ικανότητα αναγνώρισης, παρακολούθησης και μελέτης της βαρυονικής ύλης με τέτοια ακρίβεια θα διαμορφώσει τα επόμενα χρόνια για ανακαλύψεις και γνώσεις σχετικά με τη θεμελιώδη δομή που στηρίζει το σύμπαν.
Έχει αποδειχθεί ότι ο εντοπισμός του «χαμένη ύλη» Όχι μόνο λύνει ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της σύγχρονης αστρονομίας, αλλά θέτει επίσης τις βάσεις για μια πιο λεπτομερή κατανόηση του πώς εξελίσσεται το σύμπαν. Ο συνδυασμός καινοτόμων τεχνικών και διεθνούς συνεργασίας έχει καταστήσει δυνατή όχι μόνο την καταμέτρηση της ύλης, αλλά και την καλύτερη κατανόηση του κοσμικού ιστού που, για δισεκατομμύρια χρόνια, έχει συντηρήσει όλα όσα γνωρίζουμε.