|
Большая часть обычной материи не содержится в обьектах
|
|
|
|
Если вы посмотрите в космос в телескоп, то увидите бесчисленное множество галактик, в центре большинства из которых находятся крупные черные дыры, миллиарды звезд и сопутствующих им планет. Вселенная изобилует огромными, впечатляющими объектами, и может показаться, что эти массивные объекты должны содержать большую часть вещества Вселенной.
|
|
|
|
Но теория Большого взрыва предсказывает, что около 5% содержимого Вселенной должны составлять атомы, состоящие из протонов, нейтронов и электронов. Большинство этих атомов невозможно обнаружить в звездах и галактиках — это несоответствие озадачило астрономов.
|
|
|
|
Если материя не находится в видимых звездах и галактиках, то, скорее всего, она скрывается в темном пространстве между галактиками. Хотя космос часто называют вакуумом, он не является полностью пустым. Отдельные частицы и атомы рассеяны по всему пространству между звездами и галактиками, образуя темную нитевидную сеть, называемую "космической паутиной".
|
|
|
|
На протяжении всей своей карьеры астронома я изучал эту космическую сеть и знаю, как трудно объяснить распространение материи в космосе.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в июне 2025 года, группа ученых использовала уникальную радиотехнику для завершения переписи обычной материи во Вселенной.
|
|
|
|
|
|
|
Перепись нормальной материи
|
|
|
|
Наиболее очевидное место для поиска нормальной материи - это звезды. Гравитация объединяет звезды в галактики, и астрономы могут подсчитывать галактики по всей обозримой Вселенной.
|
|
|
|
Количество галактик, каждая из которых состоит из нескольких сотен миллиардов звезд, оценивается в несколько сотен миллиардов единиц. Цифры неизвестны, поскольку многие звезды находятся за пределами галактик. По оценкам, во Вселенной насчитывается 1023 звезды, что в сотни раз больше, чем количество песчинок на всех пляжах Земли. По оценкам, во Вселенной насчитывается 1082 атома.
|
|
|
|
Однако это невероятное число значительно меньше, чем количество вещества, образовавшегося в результате Большого взрыва. Тщательный анализ показывает, что звезды содержат всего 0,5% вещества во Вселенной. Предположительно, в космосе свободно плавает в десять раз больше атомов. Только 0,03% вещества 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 каждые 35 кубических футов. Это меньше, чем одна миллиардная часть плотности воздуха на Земле. Даже при такой низкой плотности в этой диффузной среде содержится много вещества, учитывая огромный диаметр Вселенной - 92 миллиарда световых лет.
|
|
|
|
Межгалактическая среда очень горячая, ее температура достигает миллионов градусов. Это затрудняет наблюдение, кроме как с помощью рентгеновских телескопов, поскольку очень горячий газ распространяется по Вселенной в очень коротком рентгеновском диапазоне длин волн. Рентгеновские телескопы обладают ограниченной чувствительностью, поскольку они меньше большинства оптических телескопов.
|
|
|
|
Использование нового инструмента
|
|
|
|
Астрономы недавно использовали новый инструмент для решения проблемы с недостающим веществом. Быстрые радиовсплески - это интенсивные вспышки радиоволн, которые за миллисекунду могут излучать столько энергии, сколько солнце излучает за три дня. Впервые обнаруженные в 2007 году, ученые обнаружили, что всплески вызваны компактными остатками звезд в далеких галактиках. Их энергия иссякает по мере того, как вспышки распространяются в космосе, и к тому времени, когда эта энергия достигает Земли, она в тысячу раз слабее, чем был бы сигнал мобильного телефона, если бы он был излучен на Луне, а затем обнаружен на Земле.
|
|
|
|
Исследования, проведенные в начале 2025 года, показывают, что источником вспышек является область с высокой магнитной активностью вокруг ультракомпактной нейтронной звезды. Нейтронные звезды - это невероятно плотные остатки массивных звезд, которые разрушились под действием собственной гравитации после взрыва сверхновой. Особый тип нейтронных звезд, испускающих радиовсплески, называется магнетарами, их магнитное поле в тысячу триллионов раз сильнее земного.
|
|
|
|
Несмотря на то, что астрономы не до конца понимают, что такое быстрые радиовсплески, они могут использовать их для исследования пространств между галактиками. Поскольку вспышки распространяются в космосе, взаимодействие с электронами в горячем межгалактическом газе преимущественно замедляет излучение на более длинных волнах. Радиосигнал распространяется, подобно тому, как призма превращает солнечный свет в радугу. Астрономы используют величину распространения, чтобы рассчитать, через какое количество газа прошла вспышка на пути к Земле.
|
|
Загадка 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. Команда обнаружила, что 76% обычной материи Вселенной находится в пространстве между галактиками, еще 15% — в гало галактик — области, окружающей видимые звезды в галактике, а остальные 9% - в звездах и холодном газе внутри галактик.
|
|
|
|
Полный анализ наличия нормальной материи во Вселенной убедительно подтверждает теорию Большого взрыва. Теория предсказывает обилие нормальной материи, образовавшейся в первые несколько минут существования Вселенной, поэтому, восстановив предсказанные 5%, теория проходит критическую проверку.
|
|
|
|
Уже было обнаружено несколько тысяч быстрых радиовсплесков, и предстоящее строительство множества радиотелескопов, вероятно, увеличит число обнаружений до 10 000 в год. Такая большая выборка позволит быстрым радиовсплескам стать мощными инструментами для космологии. Космология изучает размер, форму и эволюцию Вселенной. Радиовсплески могут выйти за рамки подсчета атомов и составить карту трехмерной структуры космической сети.
|
|
|
|
Круговая диаграмма Вселенной
|
|
|
|
Ученые, возможно, теперь имеют полное представление о том, где распределена обычная материя, но большая часть Вселенной по-прежнему состоит из вещества, которое они до конца не понимают.
|
|
|
|
Наиболее распространенными компонентами во Вселенной являются темная материя и темная энергия, которые изучены недостаточно. Темная энергия вызывает ускоряющееся расширение Вселенной, а темная материя - это невидимый клей, который удерживает галактики и Вселенную вместе.
|
|
|
|
Темная материя, вероятно, является ранее неизученным типом фундаментальных частиц, который не является частью стандартной модели физики элементарных частиц. Физикам пока не удалось обнаружить эту новую частицу, но мы знаем, что она существует, потому что, согласно общей теории относительности, масса искривляет свет, и наблюдается гораздо большее гравитационное линзирование, чем можно объяснить с помощью видимой материи. С помощью гравитационного линзирования скопление галактик искривляет и увеличивает излучение аналогично оптической линзе. Темная материя превосходит обычную материю более чем в пять раз.
|
|
|
|
Одна загадка, возможно, разгадана, но остается загадка посерьезнее. Хотя темная материя по-прежнему остается загадкой, теперь мы многое знаем об обычных атомах, из которых состоим мы, люди, и окружающий нас мир.
|
|
|
|
Источник
|
