На перший погляд здається дивним те, що коли астрономи «збирають до купи» всю нормальну матерію в сучасному Всесвіті, то приблизно її третину вони не виявляють шляхом спостережень. (Відсутню речовину не слід ототожнювати з ще загадковішою темною матерією). Пошук відсутньої речовини триває протягом багатьох років. Нові результати спостережень рентгенівської обсерваторії NASA «Чандра» (Chandra), оприлюднені в Astrophysical Journal, можливо, допомогли науковцям знайти цю «загублену» речовину.
З незалежних, підтверджених спостережень астрономи впевнено обчислили, скільки нормальної речовини, тобто водню, гелію та інших елементів, існувало відразу після Великого Вибуху. В час між першими хвилинами і першим мільярдом років існування Всесвіту більша частина нормальної матерії «зібралася» в космічний пил, газ і різні об’єкти — хмари пилу й газу, зорі й планети тощо. Ці об’єкти сучасного Всесвіту можна спостерігати з допомогою телескопів. Але третини нормальної матерії вони не бачать. Виникає слушне запитання: де ця речовина?
Одна з відповідей — відсутня маса зібрана в гігантських нитках речовини, тобто в нитки теплого (температура менше 100 000 К) і гарячого (температура більше 100 000 К) газу в міжгалактичному просторі. Ці нитки відомі в астрономії як «тепло-гаряче міжгалактичне середовище» («warm-hot intergalactic medium», або WHIM). Вони невидимі для телескопів оптичного діапазону, але частину теплого газу в нитках виявлено в ультрафіолетовому світлі.
На основі даних від «Чандра» та інших телескопів і використавши оригінальний метод, дослідники знайшли нові й вагомі докази існування гарячої складової WHIM. «Якщо ми знайдемо відсутню масу, то зможемо вирішити одну з найбільших головоломок в астрофізиці», — сказала Орсоля Ковач (Orsolya Kovacs) з Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) в Кембриджі, штат Массачусетс. «Де Всесвіт заховав стільки своєї матерії, з якої складаються такі речі, як зорі й планети, а тако ми?».
Графік на рисунку показує, як газ у нитках WHIM поглинає рентгенівське випромінювання від далекого квазара. Графік накладено на зображення, отримане під час моделювання Міленіуму (Millenium simulation). Це моделювання демонструє, як основні компоненти Всесвіту, зокрема WHIM, розвивалися з часом. Фото з сайту www.cfa.harvard.edu.
Астрономи використали космічну обсерваторію «Чандра», щоб знайти і вивчити нитки теплого газу, що лежить між Землею і квазаром — яскравим джерелом рентгенівських променів, яке отримує енергію від надмасивної чорної діри, що швидко набирає масу. Цей квазар лежить на відстані приблизно 3,5 млр світлових років від Землі. Якщо гарячий газ WHIM пов’язаний з такими нитками, то вони будуть поглинати якусь частину рентгенівських променів квазара. Отже, науковці шукали ознаки (підпис) гарячого газу в рентгенівському світлі квазара, виявленого Chandra.
Однією з проблем цього методу є те, що сигнал поглинання WHIM слабкий, як порівняти із загальним рентгенівським випромінюванням, що надходять від квазара. Якщо виконувати пошук у всьому діапазоні рентгенівського випромінювання, тобто на різних довжинах хвиль, то важко відрізнити слабке поглинання — реальні сигнали WHIM — від випадкових флуктуацій.
Ковач і її команда подолали цю проблему, зосередивши свій пошук лише на певній частині спектру рентгенівського світла, зменшивши ймовірність помилки. Для цього вони спочатку виявили галактики поблизу променя зору до квазара, що лежать на тій же відстані від Землі, як і ділянки теплого газу, виявлені за даними спостережень в ультрафіолеті. За допомогою цієї техніки вони виявили 17 можливих ниток між квазаром і Землею та визначили відстані до них.
Через розширення Всесвіту, довжина хвилі світла від далеких джерел зміщується в довгохвильову ділянку спектра, тому лінії поглинання рентгенівських променів речовиною в цих нитках будуть зміщені в червоний діапазон. Величини зміщень залежать від відомих відстаней до волокна з речовини, тому дослідники знали, де в спектрі шукати поглинання, спричинене WHIM.
«Наша методика принципово схожа на те, як можна виконувати ефективний пошук тварин на величезних рівнинах Африки», — сказав Акос Боґдан (Akos Bogdan), учасник дослідження з CfA. «Ми знаємо, що тваринам треба пити воду, тому має сенс шукати їх найперше біля місць напування».
Окрім звуження пошуку, дослідники також мали подолати проблему слабкості рентгенівського поглинання. Вони збільшували сигнал шляхом поєднання спектрів з 17 ниток, що перетворювало спостереження довжиною 5,5 днів на еквівалент даних, отриманих майже за 100 днів. За допомогою цієї методики вони виявили кисень з характеристиками, які свідчать: він міститься в газі з температурою близько мільйона градусів за шкалою Кельвіна.
Шляхом екстраполяції від цих спостережних даних про кисень до повного набору елементів, і від спостережуваної ділянки до локального Всесвіту, дослідники повідомляють, що вони можуть пояснити повну кількість відсутньої речовини. Принаймні, ці конкретні дослідження вказують на те, що відсутня речовина захована в WHIM.
За інф. з сайту www.cfa.harvard.edu підготував Іван Крячко
