Большая часть материи, из которой состоят звезды, планеты и мы сами, не сосредоточена в известных небесных объектах, таких как галактики или их системы. Новые наблюдения и анализы данных показали, что привычная, или барионная материя — то есть та, что состоит из протонов, нейтронов и электронов — распределена иначе, чем считалось ранее, и только небольшая её часть находится внутри галактик. Этот факт в корне меняет понимание материального содержания космоса.
Коротко о «барионной» материи
Современная космология делит материю во Вселенной на две большие категории:
- Обычная (барионная) материя — атомы, из которых состоят звезды, планеты, газ, пыль, люди и всё видимое вещество.
- Тёмная материя — невидимая субстанция, влияние которой астрономы наблюдают только по гравитационному воздействию на галактики и структуру Вселенной, но никто непосредственно не регистрировал её частицы.
Теория Большого взрыва предсказывает, что обычной материи во Вселенной должно быть около 5 % от всей массы-энергии Вселенной. Однако до недавнего времени учёные могли непосредственно зафиксировать лишь небольшой её фрагмент — тот, что находится в галактиках, звёздах и холодном межзвёздном газе.
Проблема «пропавшей» материи
Если провести простой учёт атомов в галактиках и вокруг них, то суммарное количество обычной материи оказывается существенно меньше, чем того требует теория. Подсчёты показывали, что звёзды и прочие видимые структуры содержат лишь примерно 9 % от ожидаемой барионной материи. Оставшиеся атомы как будто исчезали из наблюдаемого космоса.
Чтобы ответить на этот вопрос, астрономы сосредоточили усилия на изучении межгалактического пространства и на том, как можно измерить там присутствие вещества.
Метод, который позволил учёным найти недостающую материю
Ключ к разгадке поставили данные о быстрых радиоимпульсах (Fast Radio Bursts, FRB) — коротких, мощных вспышках радиоизлучения, приходящих к нам из глубокого космоса. Эти импульсы проходят через огромные расстояния и взаимодействуют с материей на своём пути. Изменения в сигнале, связанные с рассеиванием волны, позволяют измерить общее количество электронов на линии наблюдения, что служит индикатором количества барионной материи между источником и Землёй.
В работе, опубликованной в июне 2025 года, группа астрономов проанализировала 69 FRB, полученных с помощью сети из 110 радиотелескопов. Сопоставляя изменения сигналов с известным расстоянием до источников, исследователи смогли оценить распределение обычной материи во Вселенной.
Как распределена барионная материя
Результаты этого анализа показали, что структура распределения «обычных» атомов значительно шире, чем предполагалось:
- Около 76 % барионной материи находится в межгалактическом пространстве — то есть в тонкой, но обширной среде между галактиками.
- Примерно 15 % сосредоточено в так называемых галактических гало — областях вокруг видимых галактик, где тёмный и обычный газ присутствуют в формах, часто называемых «тёплым-горячим межгалактическим веществом» (warm-hot intergalactic medium, WHIM).
- Оставшиеся около 9 % — это материя, сконцентрированная в самих галактиках, включая звёзды, холодный газ и туманности.
Это распределение в целом согласуется с предсказаниями космологических моделей, но впервые было подтверждено конкретными наблюдательными данными.
Межгалактическая среда и «космическая паутина»
Межгалактическое пространство — это не абсолютный вакуум: оно заполнено чрезвычайно разреженным газом, главным образом водородом и гелием, который образует структуру, называемую космической сетью (cosmic web). Эти тонкие нитевидные образования простираются на сотни миллионов световых лет и связывают галактики друг с другом.
Плотность этого газа чрезвычайно мала — порядка одного атома на кубический метр, далеко меньше, чем в самой разрежённой среде на Земле. Тем не менее, масштаб Вселенной настолько велик, что даже такая разрежённая материя в сумме составляет основную часть всех барионных атомов во Вселенной.
Значение результата для космологии
Полный «перепись» барионной материи является важным этапом проверки космологической теории Большого взрыва. Теория предсказывает определённое количество атомов, сформированных в первые минуты существования Вселенной, и измеренное распределение барионов теперь совпадает с этими предсказаниями. Таким образом, устранён давний разрыв между ожиданиями и наблюдениями.
Кроме того, исследования с использованием FRB обещают расширить возможности учёных по изучению трёхмерной структуры межгалактического газа, что поможет уточнить механизмы формирования и эволюции галактик.
Как это изменяет представление о Вселенной
Результаты свидетельствуют о том, что светящиеся объекты (звёзды и галактики) видны лишь как небольшая часть общего содержания Вселенной. Основная часть обычной материи скрыта в пространстве между этими объектами и может быть изучена только с помощью сложных методов, использующих «косвенные» сигналы, такие как FRB.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
