Астрономы обнаружили часть недостающей барионной материи Вселенной

Wikimedia Commons

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—10кельвинов. 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. 

Кристина Уласович

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.