Если взглянуть на космос в телескоп, можно увидеть бесчисленные галактики, в большинстве из которых находятся крупные чёрные дыры в центре, миллиарды звёзд и их планеты. Вселенная кишит огромными, впечатляющими объектами, и может показаться, что эти массивные объекты должны содержать большую часть материи Вселенной.
Однако теория Большого взрыва предсказывает, что около 5% содержимого Вселенной должно быть представлено атомами, состоящими из протонов, нейтронов и электронов. Большинство этих атомов не встречаются в звёздах и галактиках, что озадачивает астрономов.
Если материя не находится в видимых звёздах и галактиках, то наиболее вероятным местом её укрытия является тёмное пространство между галактиками. Хотя космос часто называют вакуумом, он не полностью пуст. Отдельные частицы и атомы рассеяны по всему пространству между звёздами и галактиками, образуя тёмную нитевидную сеть, называемую « космической паутиной ».
На протяжении всей своей карьеры астронома я изучал эту космическую паутину, и я знаю, как сложно дать оценку материи, рассеянной в пространстве.
В исследовании, опубликованном в июне 2025 года, группа ученых использовала уникальную радиотехнику для завершения переписи обычной материи во Вселенной.
Перепись нормальной материи
Наиболее очевидным местом для поиска обычной материи являются звёзды. Гравитация собирает звёзды в галактики , и астрономы могут подсчитать количество галактик по всей наблюдаемой Вселенной.
Число галактик достигает нескольких сотен миллиардов, каждая из которых состоит из нескольких сотен миллиардов звёзд. Эти цифры неточны, поскольку многие звёзды скрываются за пределами галактик . По оценкам, это составляет 1023 звёзд во Вселенной, что в сотни раз больше числа песчинок на всех пляжах Земли. По оценкам , во Вселенной насчитывается 1082 атомов .
Однако это колоссальное число далеко не отражает всю материю, предсказанную Большим взрывом. Тщательный подсчёт показывает, что звёзды содержат лишь 0,5% материи Вселенной. Предполагается, что в десять раз больше атомов свободно парит в космосе. Всего 0,03% материи составляют элементы, отличные от водорода и гелия , включая углерод и все строительные блоки жизни.
Взгляд между галактиками
Межгалактическая среда — пространство между галактиками — представляет собой почти полный вакуум с плотностью один атом на кубический метр, или один атом на 35 кубических футов. Это меньше одной миллиардной миллиардной плотности воздуха на Земле. Даже при такой очень низкой плотности эта диффузная среда содержит в себе огромное количество материи, учитывая огромный диаметр Вселенной — 92 миллиарда световых лет .
Межгалактическая среда очень горячая , с температурой в миллионы градусов. Это затрудняет её наблюдение, за исключением рентгеновских телескопов , поскольку очень горячий газ излучается сквозь Вселенную в очень коротких рентгеновских длинах волн . Рентгеновские телескопы имеют ограниченную чувствительность, поскольку они меньше большинства оптических телескопов.
Внедрение нового инструмента
Астрономы недавно использовали новый инструмент для решения этой проблемы недостающей материи. Быстрые радиовсплески – это интенсивные выбросы радиоволн, способные вырабатывать за миллисекунду столько же энергии, сколько Солнце вырабатывает за три дня. Впервые обнаруженные в 2007 году, эти всплески вызываются компактными остатками звёзд в далёких галактиках. Их энергия затухает по мере распространения в космосе, и к тому времени, как энергия достигает Земли, она в тысячу раз слабее сигнала мобильного телефона, излучённого на Луне, а затем обнаруженного на Земле.
Исследования, проведённые в начале 2025 года, предполагают, что источником всплесков является область с сильным магнитным полем вокруг сверхкомпактной нейтронной звезды. Нейтронные звёзды — это невероятно плотные остатки массивных звёзд, коллапсировавших под действием собственной гравитации после взрыва сверхновой. Особый тип нейтронных звёзд, испускающих радиовсплески, называется магнетаром , его магнитное поле в тысячу триллионов раз сильнее земного.
Хотя астрономы не до конца понимают природу быстрых радиовсплесков, они могут использовать их для исследования межгалактического пространства. По мере распространения всплесков в космосе взаимодействие с электронами в горячем межгалактическом газе замедляет преимущественно длинные волны. Радиосигнал распространяется подобно тому, как призма превращает солнечный свет в радугу. Астрономы используют величину этого распространения, чтобы рассчитать, через какой объём газа прошёл всплеск на пути к Земле.
Головоломка решена
В новом исследовании , опубликованном в июне 2025 года, группа астрономов из Калифорнийского технологического института и Гарвардского центра астрофизики изучила 69 быстрых радиовсплесков, используя массив из 110 радиотелескопов в Калифорнии. Группа обнаружила, что 76% обычного вещества Вселенной находится в пространстве между галактиками, ещё 15% — в гало галактик — области, окружающей видимые звёзды в галактике, а оставшиеся 9% — в звёздах и холодном газе внутри галактик.
Полный учёт обычной материи во Вселенной служит убедительным подтверждением теории Большого взрыва. Теория предсказывает обилие обычной материи, образовавшейся в первые минуты существования Вселенной, поэтому, восстановив предсказанные 5%, теория проходит критический тест.
Уже зафиксировано несколько тысяч быстрых радиовсплесков, и будущая сеть радиотелескопов, вероятно, увеличит частоту обнаружения до 10 000 в год. Такая большая выборка позволит быстрым радиовсплескам стать мощным инструментом в космологии . Космология изучает размер, форму и эволюцию Вселенной. Радиовсплески могут выйти за рамки подсчёта атомов и помочь в картографировании трёхмерной структуры космической паутины.
Круговая диаграмма Вселенной
Теперь ученые, возможно, имеют полную картину распределения обычной материи, но большая часть Вселенной по-прежнему состоит из веществ, которые они не до конца понимают.
Наиболее распространённые компоненты Вселенной — тёмная материя и тёмная энергия, оба из которых плохо изучены. Тёмная энергия вызывает ускоренное расширение Вселенной , а тёмная материя — это невидимый «клей» , скрепляющий галактики и Вселенную.
Тёмная материя, вероятно, является ранее неизученным типом фундаментальных частиц , не входящим в стандартную модель физики элементарных частиц. Физикам пока не удалось обнаружить эту новую частицу, но мы знаем о её существовании, поскольку, согласно общей теории относительности , масса искривляет свет, и наблюдается гораздо большее гравитационное линзирование , чем можно объяснить видимой материей. При гравитационном линзировании скопление галактик искривляет и увеличивает свет подобно оптической линзе . Тёмная материя превосходит обычную материю более чем в пять раз.
Одна загадка, возможно, и разгадана, но остаётся ещё более крупная. Хотя тёмная материя всё ещё остаётся загадкой, теперь мы многое знаем об обычных атомах, из которых состоят мы, люди, и об окружающем нас мире.
Источники:
Статья создана по материалам https://phys.org/news/2025-12-universe-isnt-planets-stars-galaxies.html
