Невидимая материя: радиовсплески показали её карту
Ученые использовали быстрые радиовсплески — загадочные миллисекундные сигналы из далеких галактик — чтобы создать карту распределения невидимого вещества во Вселенной. Как эхо в горах помогает представить рельеф, так и задержка радиоволн, проходящих сквозь космическую «дымку» из свободных электронов, выдает плотность и структуру пространства. Удивительно, что для этого не понадобилось знать точное расстояние до каждого всплеска — только общую статистику. Может ли такой метод в будущем рассказать нам, из чего на самом деле состоит Темная Вселенная?
После Большого взрыва во Вселенной появилось множество обычного вещества — протонов и нейтронов. Но когда астрономы сложили всё, что видят в звёздах, галактиках и газе, оказалось, что почти половина пропала. Эту пропажу назвали скрытыми барионами, и ещё в 1930‑х Фриц Цвикки заподозрил нехватку массы в скоплениях галактик. Искать скрытое вещество помогли быстрые радиовсплески — яркие радиоимпульсы, которые длятся миллисекунды. Скорее всего, они рождаются, когда сверхплотные нейтронные звёзды резко выбрасывают энергию.
Проходя через космическое пространство, радиоволны тормозятся свободными электронами. Чем больше на пути плазмы, тем заметнее задержка. Эта задержка называется мерой дисперсии. Представьте, что вы пробуете суп из большой кастрюли, не зная, откуда именно берёте ложку. Если в одном углу соли больше, вы это почувствуете. Похожим образом астрономы собрали 3455 «ложек» — всплесков, зарегистрированных телескопом CHIME, и вычли задержку от электронов в нашей Галактике. Оставшаяся часть показала, насколько неравномерно разбросаны электроны по небу. Оказалось, что на больших масштабах — в десятки раз крупнее отдельных галактик — электронная плазма неоднородна: есть области-сгустки и области-пустоты. Эта рябь образует что-то вроде карты космической паутины, состоящей в основном из водорода и гелия. Сравнив эти неровности с предсказаниями стандартной космологической модели, исследователи оценили постоянную Эдвина Хаббла и общую долю барионов в межгалактической среде.
Главное достоинство метода в том, что ему не нужны точные расстояния до каждого всплеска — достаточно большой статистики. Будущие радиотелескопы, такие как SKA, откроют сотни тысяч новых быстрых радиовсплесков, и тогда карта станет очень детальной. К тому же этот способ не зависит от того, как именно сигнал искажается вблизи родительской галактики, и потому даёт более чистую картину. А значит, учёные приближаются к пониманию того, куда же делась недостающая обычная материя и как на самом деле расширяется Вселенная, подгоняемая загадочной тёмной энергией. Всё это продолжает дело Веры Рубин, которая по вращению галактик показала, что там властвует невидимая тёмная материя.
🎯 Быстрая радиовспышка за тысячную долю секунды выделяет энергию, сравнимую с несколькими днями свечения Солнца. Такие сигналы приходят со всех направлений и служат идеальными зондами для «просвечивания» космической паутины.
🎬 Идея использовать далёкие радиоимпульсы для изучения скрытой материи перекликается с «межзвёздными радиомаяками» из романа Карла Сагана «Контакт» — там внеземной сигнал тоже помогал раскрыть устройство Вселенной.