Астрономы, использующие мощный квазар для изучения огромного невидимого завитка, наполненного перегретым газом, сообщают, что, возможно, нашли «отсутствующую» видимую материю Вселенной.
Все атомы в галактиках, звездах и планетах составляют примерно 5% от массивной космической плотности. Примерно 70% представлено темной энергией – загадочная отталкивающая сила, заставляющая пространство расширяться с увеличивающейся скоростью. Оставшаяся четверть состоит из темного вещества – невидимый материал, чье присутствие ощущается за счет гравитационного влияния на галактические масштабы. Темная материя объединяет галактики с массивными завитками, формируя космическую паутину, служащую невидимым скелетом для Вселенной.
Ученые оценили эти доли двумя методами. Много лет назад они подсчитали, сколько материи бы появилось после Большого Взрыва, создавшего Вселенную. Также изучили реликтовое излучение – самый древний свет в пространстве, пронизывающий все небо. Удалось найти примерно те же пропорции нормального вещества, темной материи и темной энергии.
Этот маленький кусочек нормальной материи, которую мы можем обнаружить, именуют барионной. Она является самым известным количеством из трех позиций: излучает свет (Солнце) или отражает его (Луна), делая объект видимым в телескопы. Но тайна оставалась. Более 20 лет назад отмечали, что если добавить весь звездный свет в галактиках, то получим лишь 10% от этих 5% обычного вещества. Тогда где находятся барионы, не рухнувшие в звезды и галактики?
Исследователи сосредоточились на этом вопросе, добавив весь горячий диффузный газ в огромных гало и даже более крупных галактических скоплениях. Далее возник вопрос: «Может ли большое количество пропавшей материи задерживаться в нитях темной материи, составляющих космическую паутину?».
Проблема состоит в том, что недостающее вещество будет в основном сформировано из водорода (самый простой элемент и наиболее распространенный в пространстве). Когда атомы водорода ионизированы, то могут стать невидимыми для оптических длин волн, что затрудняет обнаружение. Если же облако ионизированного водорода расположено между Землей и источником УФ-света, то водород поглотит определенные длины волн, оставляя отчетливый химический отпечаток.
Газ становится все более раскаленным (выше миллиона градусов), после чего ионизированный водород прекращает оставлять четкий сигнал в ультрафиолете. Поэтому пришлось нацелиться также на гораздо более редкие ионы кислорода и искать их отпечатки в рентгеновских лучах. Ученые воспользовались космическим телескопом ЕКА XMM-Newton для изучения квазара 1ES 1553+113. Это активная сверхмассивная черная дыра в галактическом центре. Квазары поглощают материю и ярко светятся во многих длинах волн (от радио до рентгеновских лучей). Эти небесные маяки способны проследить материал, пересекающий путь луча.
Изучая химический отпечаток кислорода в рентгеновских лучах из квазарного света, исследователи сумели найти огромный объем крайне раскаленного межгалактического газа. Анализ показал, что он может составлять до 40% барионной материи в пространстве. Этого может быть достаточно для объяснения недостающей материи. Полагают, что эти ионы начались в звездных сердцах, вышедших из сверхновых. Их выбросили из родных галактик во время подобных взрывов. Возможно, они стали перегретыми именно из-за потрясений. Атомы должны контактировать между собою, чтобы излучать энергию. Но отдельные атомы в разреженном газе расположены далеко друг от друга, поэтому не могли соприкасаться, и оставались раскаленными.
Есть альтернативные объяснения. К примеру, сигнал ионизированного газа мог исходить из галактики, а не межгалактического газа. Но результаты способны указать на места, где скрываются пропавшие барионы. Далее необходимо проследить за другими квазарами.