Две команды астрономов заявили об обнаружении части недостающей барионной материи нашей Вселенной. Исследователям удалось зарегистрировать сигнал от газовых нитей, которые соединяют между собой соседние галактики. Статьи направлены в журналы Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и Nature, препринты доступны на ArXiv.org (1,2).
Согласно современной общепринятой модели лямбда-CDM, Вселенная более чем на 95 процентов состоит из темной материи и темной энергии и всего лишь на 4,6 процента из барионной материи (включающей барионы (протоны, нейтроны) и электроны). На больших красных смещениях (z ≧ 2) основную часть барионов обнаруживают в Lyα-лесу (лесу Лайман-альфа): рассеянных облаках нейтрального водорода с температурами 104—105 кельвинов, которые оставляют повторяющиеся линии поглощения Лайман-альфа в спектрах далеких галактик. Однако на меньших красных смещениях (z ≦ 2) барионная материя, которую находят в звездах, холодной межзвездной среде, остаточном газе Lyα-леса, горячем газе в галактических скоплениях и других объектах, составляет всего половину от предсказанного теорией количества.
Гидродинамические симуляции предсказывают, что около 40-50 процентов недостающего вещества может находиться в форме нагретого ударными волнами газа в межгалактической паутине. По аналогии с филаментами она должна соединять между собой галактики и скопления. Температура паутины, которую также называют тепло-горячей межгалактической средой (WHIM), достигает 105—107 кельвинов. Ее нити очень трудно увидеть из-за низкой плотности разреженного газа — некоторые исследователи сообщали об обнаружении WHIM в рентгеновском и дальнем ультрафиолетовом диапазоне, но данные наблюдений были недостоверными или не объясняли недостаток материи полностью.
В своих наблюдениях обе команды исследователей опирались на термический эффект Сюняева-Зельдовича. Наша Вселенная равномерно заполнена реликтовым излучением, которое обладает высокой степенью изотропности и спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой ≈ 2,7 кельвина. Кроме того, во Вселенной между галактиками, особенно в скоплениях, есть облака очень разреженного и горячего газа. Фотоны реликтового излучения, проходя через газ, рассеиваются на горячих электронах и в результате получают дополнительную энергию (обратное комптоновское рассеяние). В результате наблюдается изменение частоты фотонов реликтового фона, что помогает изучать барионное вещество на небольших и средних красных смещениях.
Первая команда астрономов совместила две карты — полную карту неба со следами эффекта Сюняева-Зельдовича, составленную на основе наблюдений реликтового фона космической обсерваторией «Планк», и карту с ярко-красными галактиками (LRG’s), полученную в ходе обзора SDSS. Вторая группа ученых совместила планковскую карту с каталогом CMASS, также составленным в рамках обзора SDSS.
Одна команда исследовала 260 тысяч пар галактик, а другая — уже миллион. Исследователи искали следы газовых нитей, которые,согласно теории, должны соединять пары. В данных «Планка» астрономы пытались обнаружить не индивидуальные филаменты, сигнал которых был бы слишком слаб, а признаки паутины в целом. В итоге второй команде исследователей, во главе с Анной де Граафф (Anna de Graaff) удалось зарегистрировать сигнал филаментов со статистической значимостью 3,8 сигма, а первая команда исследователей под руководством Хидеки Танимура (Hideki Tanimura) обнаружила сигнал со значимостью 5,3 сигма.
Согласно результатам группы Танимуры, плотность газа в филаментах в три раза выше,чем средняя плотность барионной материи во Вселенной. Группа Анны де Граафф сообщила, что плотность структур длиной около 15 мегапарсек выше в шесть раз. «Отличия вполне ожидаемы, так как мы смотрим на филаменты, удаленные на разные расстояния. Если принять во внимание этот фактор, то наши результаты согласуются с открытием другой группы», — комментирует Танимура. Кроме того, работы астрономов также соответствуют предсказаниям симуляций.
На основе этого исследователи утверждают, что им удалось обнаружить как минимум 30 процентов недостающего барионного вещества. Статьи направлены в рецензируемые журналы, где они пройдут проверку. В прошлом уже поступали ложные сообщения об обнаружении недостающей барионной материи, однако эксперты считают результаты достаточно убедительными.
Ранее ученые говорили о регистрации небольшой части недостающего барионного вещества в молодых галактиках. Также ученые находили барионную материю в галактическом скоплении.
В нем содержится 15 аминокислот