Lata temu na podstawie wielu niezależnych obserwacji i pomiarów naukowcom udało się obliczyć ile „normalnej” materii, zwanej barionową, istniało we Wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu. Co dziwne, z czasem okazało się, że wówczas tej materii było aż dwa razy więcej niż we współczesnym wszechświecie – w obserwowanych galaktykach, czarnych dziurach i innych obiektach. To dekadami stanowiło dla badaczy nie lada zagwozdkę, ale wygląda na to, że w końcu doczekało się wyjaśnienia.
„Wiemy z pomiarów Wielkiego Wybuchu, ile materii znajdowało się na początku Wszechświata.”, wyjaśnia Jean-Pierre Macquart, astrofizyk z Curtin University i główny autor nowo opublikowanej pracy na temat zaginione materii. „Ale gdy przyjrzeliśmy się obecnemu Wszechświatowi, nie mogliśmy znaleźć połowy tego, co powinno tam być. To było trochę zawstydzające.”
Materia barionowa
Czym jest „normalna materia”, materia barionowa? W uproszczeniu można stwierdzić, że jest to materia, która potrafimy wykryć, w przeciwieństwie do chociażby ciemnej materii. Materia barionowa składa się z tak zwanych barionów, do których należą nukleony, w tym protony i neutrony, a także hiperiony.
Zgodnie z teoretycznymi przewidywaniami materia barionowa powinna tworzyć około 4 do 5% Wszechświata, jednakże z niewiadomych powodów w obecnym Wszechświecie dostrzega się jej zaledwie połowę. Międzynarodowy zespół astronomów wierzy, że udało się mu tę kosmiczną zagadkę rozwiązać, a swoje wnioski opisał w nowej pracy w czasopiśmie Nature.
Gigantyczna kryjówka
Zatem, gdzie skrywa się zaginiona materia? Okazuje się, że w przestrzeni międzygalaktycznej. Ta materia jest jednak tak rozrzedzona, że nie ma możliwości dostrzeżenia jej z pomocą tradycyjnych metod czy teleskopów. Już wcześniej podejrzewano, że właśnie taka jest jej lokalizacja, ale wcześniej nie udało się jej wykryć ani zmierzyć.
Kluczem do odkrycia, gdzie skrywa się zaginiona materia były tak zwane szybkie błyski radiowe (FRB). FRB, odkryte po raz pierwszy w 2007 roku, to silne jednakże krótkotrwałe sygnały pochodzące z odległych galaktyk. Nadal nie ma pewności co do tego, co je wytwarza, a na dodatek nikt nie jest w stanie przewidzieć ich pojawiania się. To powiedziawszy, badacze są w stanie określić, skąd dany sygnał FRB pochodzi, a pozwalają na to takie urządzenia jak australijski radioteleskop ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder).
Szybki błysk radiowy podróżujący z odległej galaktyki w stronę Ziemi. | Źródło: ICRAR
Nowatorska metoda poszukiwań
Wykorzystując możliwości radioteleskopu ASKAP uczeni z Curtin University i innych uniwersytetów przeanalizowali kilka FRB, próbując określić, z jak dużym oporem te miały do czynienia na drodze w stronę Ziemi. Może materia barionowa jest w przestrzeni międzygalaktycznej rozrzedzona, ale jeśli tam rzeczywiście występuje, a jakieś promieniowanie przemierza miliony lat świetlnych, to nie pozostaje na nie bez wpływu.
„Podczas podróży przez całkowicie pustą przestrzeń fale FRB o każdej długości przemieszczają się z taką samą prędkością, ale podczas podróży przez brakującą materię, fale o niektórych długościach są spowalniane.”, zauważają autorzy badań.
Szybki błysk radiowy podróżujący w pustej przestrzeni oraz w przestrzeni, w której znajduje się materia barionowa. | Źródło: ICRAR
Co ciekawe, potrzebowano zaledwie sześciu FRB, by zmierzyć zawartość materii barionowej w całej przestrzeni międzygalaktycznej. W tej sposób odnaleziono materię w ilości bardzo zbliżonej do tej uznawanej za zaginioną. Niesamowite.
Do zmierzenia gęstości zaginionej materii użyto kilku FRB. | Źródło: ICRAR
„Promienie szybkich błysków radiowych rozprzestrzenia się w brakującej materii w taki sam sposób, jak światło słoneczne rozdziela się w pryzmacie.”, powiedział Macquart. „Byliśmy w stanie zmierzyć odległość od Ziemi wystarczającej liczby źródeł FRB, by określić gęstość Wszechświata”.
Co ciekawe, na taką samą lokalizację zaginionej materii wskazano w pracy z 2018 roku, której autorzy zbadali pierwotne światło z wczesnego Wszechświata. Wygląda więc na to, że zagadka rzeczywiście została rozwiązana, jednak dopiero powtórzenie ostatnich badań przez inny, niezależny zespół astronomów pozwoli to w stu procentach potwierdzić.
Źródło: Curtin University, ICRAR, foto. tyt. ICRAR