Astronomové objevili „chybějící“ hmotu ve vesmíru

Přelomová studie vedená Centrem pro astrofyziku Harvard & Smithsonian (CfA) objevila „chybějící“ hmotu vesmíru pomocí rychlých rádiových záblesků (FRB – Fast Radio Bursts) – krátkých, jasných rádiových signálů ze vzdálených galaxií. Tento umělecký koncept (viz přiložený obrázek) zobrazuje jasný puls rádiových vln (FRB) na jeho cestě „mlhou“ mezi galaxiemi, známou jako mezigalaktické prostředí. Dlouhé vlnové délky, znázorněné červeně, jsou zpomaleny ve srovnání s kratšími, modřejšími vlnovými délkami, což astronomům umožňuje „zvážit“ jinak neviditelnou běžnou hmotu.

Astronomové z Centra pro astrofyziku zmapovali podle rychlých rádiových záblesků rozložení běžné hmoty v prostoru mezi galaxiemi a objevili nejvzdálenější rychlé rádiové záblesky, jaké kdy byly pozorovány.

Nová průlomová studie určila polohu „chybějící“ hmoty ve vesmíru a zaznamenala nejvzdálenější rychlý rádiový záblesk (FRB), který byl kdy pozorován. Astronomové z Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian (CfA) a Caltech s využitím FRB zjistili, že více než tři čtvrtiny běžné hmoty vesmíru jsou obsaženy v řídkém plynu mezi galaxiemi.

Tento objev představuje významný pokrok v pochopení toho, jak je hmota ve vesmíru rozložena a jak se chová. Díky těmto novým údajům vědci poprvé podrobně změřili, jak je běžná hmota rozprostřena po celé vesmírné síti.

Již několik desetiletí vědci vědí, že v pozorovaných datech chybí nejméně polovina běžné hmoty vesmíru – známé také jako baryonová hmota, tvořená převážně protony. Astronomové dříve používali rentgenové a ultrafialové záření vzdálených kvazarů k hledání této nepolapitelné hmoty a nacházeli její náznaky v podobě řídkého, teplého plynu nacházejícího se mezi galaxiemi.

Protože je však tento plyn horký a má nízkou hustotu, zůstal pro většinu teleskopů téměř neviditelný, takže bylo obtížné přesně potvrdit, kolik ho bylo a kde se nacházel.

Využití FRB ke sledování baryonové hmoty
FRB jsou krátké, jasné rádiové signály ze vzdálených galaxií, které vědci teprve nedávno začali využívat k měření baryonové hmoty ve vesmíru. Až dosud nebyli schopni určit, kde se tato hmota nachází. V této nové studii vědci analyzovali 60 FRB, jejichž vzdálenost se pohybovala od 11,74 milionu světelných let – jako například FRB 20200120E v galaxii M81 – do 9,1 miliardy světelných let, což je vzdálenost FRB 20230521B, dosud nejvzdálenějšího detekovaného FRB. Tato analýza jim umožnila přesně určit chybějící hmotu v prostoru mezi galaxiemi, známém jako mezigalaktické prostředí (IGM – intergalactic medium).

„Desítky let starý ‚problém chybějících baryonů‘ se nikdy netýkal toho, zda hmota existuje,“ řekl Liam Connor, astronom CfA a hlavní autor nové studie. „Vždy šlo o to, kde je? Nyní to díky FRB víme: tři čtvrtiny z ní se vznášejí mezi galaxiemi v kosmické pavučině.“ Jinými slovy, vědci nyní znají domovskou adresu „chybějící“ hmoty.

Měření světla k vážení kosmické mlhy
Měřením toho, jak moc byl každý signál FRB zpomalen při průchodu vesmírem, sledovali Connor a jeho tým plyn na cestě signálu prostředím. „FRB fungují jako kosmické svítilny,“ řekl Connor, který je rovněž docentem astronomie na Harvardu. „Svítí skrze mlhu mezigalaktického prostředí a přesným měřením toho, jak se světlo zpomaluje, můžeme tuto mlhu zvážit, i když je příliš slabá, než abychom ji viděli.“

Výsledky byly jednoznačné: přibližně 76 procent baryonové hmoty vesmíru se nachází v mezigalaktickém prostředí (IGM). Přibližně 15 procent se nachází v halo galaxií, zatímco malá část je obsažena ve hvězdách nebo chladném plynu uvnitř galaxií.

V nové studii vedené Centrem pro astrofyziku Harvard & Smithsonian (CfA) vědci využili rychlé rádiové záblesky (FRB) – krátké, jasné rádiové signály ze vzdálených galaxií – k určení polohy „chybějící“ hmoty ve vesmíru v prostoru mezi galaxiemi. Tento umělecký koncept (viz obrázek vpravo) znázorňuje tuto běžnou hmotu v teplém, řídkém plynu v tomto prostoru – nazývaném mezigalaktické prostředí (IGM) – kterou bylo pro vědce až dosud obtížné přímo pozorovat. Různé barvy světla se vesmírem šíří různou rychlostí. Zde autor použil modrou barvu ke zvýraznění hustších oblastí vesmírné sítě a přešel k červenějšímu světlu pro prázdné oblasti.

Toto rozložení odpovídá předpovědím pokročilých kosmologických simulací, ale až dosud nebylo přímo potvrzeno.

„Je to triumf moderní astronomie,“ řekl Vikram Ravi, odborný asistent astronomie na Caltechu a spoluautor článku. „Díky FRB začínáme vidět strukturu a složení vesmíru ve zcela novém světle. Tyto krátké záblesky nám umožňují sledovat jinak neviditelnou hmotu, která vyplňuje obrovské prostory mezi galaxiemi.“

Struktura a zpětná vazba galaxií
Hledání chybějící baryonové hmoty není jen cvičením v sestavování adresáře nebo sčítání lidu. Její rozložení je klíčem k odhalení hlubokých záhad o tom, jak se formují galaxie, jak se shlukuje hmota ve vesmíru a jak se světlo šíří přes miliardy světelných let.

„Baryony jsou gravitací vtahovány do galaxií, ale supermasivní černé díry a explodující hvězdy je mohou vyfouknout zpět jako kosmický regulátor, který vše ochlazuje, pokud je teplota příliš vysoká,“ řekl Connor. „Naše výsledky ukazují, že tato zpětná vazba musí být účinná, protože vytlačuje plyn z galaxií do IGM.“

A to je pro kosmologii FRB teprve začátek. „Vstupujeme do zlatého věku,“ řekl Ravi, který je také spoluřešitelem projektu DSA-110 (Deep Synoptic Array-110) na Caltechu. „Radioteleskopy příští generace, jako je DSA-2000 a Kanadská vodíková observatoř nebo detektor přechodných jevů, budou detekovat tisíce FRB, což nám umožní zmapovat kosmickou síť do neuvěřitelných detailů.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/cosmic-mystery-solved-astronomers-have-discovered-the-universes-missing-matter/ a https://scitechdaily.com/astronomers-find-universes-missing-matter/

autor: František Martinek