|
Быстрые радиовсплески и темная материя
|
|
|
|
Мощные и короткие вспышки радиоизлучения, называемые быстрыми радиовсплесками (Fast Radio Bursts, FRB), преодолевают миллиарды световых лет, чтобы достичь Земли, проходя по пути сквозь материю, похожую на туман. Происхождение этих всплесков неизвестно, но они могут исходить от сильно намагниченных мертвых звезд, называемых магнетарами. Чем плотнее туман, сквозь который проходят FRB, тем сильнее рассеиваются их сигналы — подобно тому, как призма разлагает белый свет на цвета радуги.
|
|
|
|
Благодаря этому свойству FRB являются отличным индикатором распределения обычной материи во Вселенной. Обычная материя — это то, из чего состоят люди, планеты, звезды и все, что состоит из субатомных частиц, называемых барионами. Проходя сквозь материю нашей Вселенной, радиосигналы FRB позволяют определить ее количество и неоднородность.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, ученые показывают, как эти измерения с помощью FRB могут помочь ответить на некоторые важнейшие вопросы космологии.
|
|
|
|
«Мы установили, что быстрые радиовсплески являются важнейшим инструментом для изучения распределения материи во Вселенной», — говорит Критти Шарма (выпуск 2024 года), ведущий автор нового исследования и аспирантка, работающая с Викрамом Рави, профессором астрономии Калифорнийского технологического института и соавтором статьи.
|
|
|
|
|
|
|
«Эти данные о быстрых радиовсплесках можно использовать для повышения эффективности космологических экспериментов, направленных на поиск ответов на вопросы о тёмной материи, тёмной энергии и массе нейтрино».
|
|
|
|
До сих пор остаётся много вопросов о природе тёмной энергии — силы отталкивания или субстанции, из-за которой наша Вселенная расширяется с нарастающей скоростью, — и о тёмной материи — субстанции, которая намного превосходит по массе всю материю в нашей Вселенной, но при этом невидима. Также остаются загадкой нейтрино — призрачные частицы, которые свободно проходят сквозь обычную материю. В том числе неизвестна масса этих частиц, а её измерение могло бы помочь понять, как формировались крупномасштабные галактические структуры во Вселенной.
|
|
|
|
Предполагается, что тёмная энергия, тёмная материя и нейтрино влияют на то, как материя собирается в сгустки, поэтому учёные используют обзоры неба, чтобы составить карту этих скоплений и получить представление о природе этих космологических явлений. Проблема в том, что процессы обратной связи внутри галактик также могут влиять на однородность или неоднородность материи, мешая исследователям точно измерить космологические эффекты.
|
|
|
|
В центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая жадно поглощает близлежащую материю, одновременно выбрасывая в окружающее пространство потоки горячего ионизированного, или заряженного, газа. Взрывающиеся звезды также могут выбрасывать энергию в окружающее пространство галактик. Эта обратная связь играет важную роль в выравнивании распределения материи за пределами галактик, делая ее менее неоднородной.
|
|
|
|
«Обратная связь разрежает газ вокруг галактик, перераспределяя материю на огромных расстояниях. Она сглаживает неоднородности в распределении материи, и это поразительно похоже на то, что происходит под воздействием массивных нейтрино, а также на то, что предсказывают теории о темной энергии и темной материи, — говорит Рави. — Пока ученые не смогут самостоятельно измерить этот вклад обратной связи, они не смогут отличить эти эффекты друг от друга».
|
|
|
|
Новое исследование, в рамках которого была проанализирована выборка из примерно 100 быстрых радиовсплесков, стало первой работой, в которой напрямую измеряется влияние обратной связи на неоднородную материю в крупномасштабных областях вокруг галактик и между ними. Результаты показывают, что обратная связь в галактиках действительно сглаживает распределение окружающей материи, делая ее менее неоднородной. Однако этот эффект выражен в меньшей степени, чем тот, который был зафиксирован в ходе современных исследований, в том числе с помощью рентгеновского телескопа eROSITA и бывшего микроволнового телескопа Atacama Cosmology Telescope в Чили, работа которого была завершена в 2022 году.
|
|
|
|
«Наш анализ быстрых радиовсплесков показывает, как газ, выброшенный в результате астрофизической обратной связи, подавляет формирование космической структуры, что позволяет получить данные, сопоставимые с результатами рентгеновских и микроволновых исследований, — говорит соавтор исследования Элизабет Краузе (выпускница 2012 года), профессор астрономии и физики в Аризонском университете. — Это поразительно, учитывая, что в нашей выборке было всего около 100 быстрых радиовсплесков. И это только начало».
|
|
|
|
Источник
|
