20 lat poszukiwań w trudzie i znoju i oto jest. Znalazła się brakująca materia we wszechświecie

Po trwających ponad 20 lat poszukiwaniach, zespół astronomów z Australii w końcu odkrył brakującą materię we wszechświecie, tym samym rozwiązując wiekową zagadkę.

Od połowy lat dziewięćdziesiątych XX wieku naukowcy próbowali znaleźć brakującą połowę zwyczajnej materii we wszechświecie. Pozostałości po Wielkim Wybuchu wyraźnie wskazywały, że obserwujemy zaledwie część materii barionowej, ale nikt nie wiedział gdzie jest reszta.

Mówimy tutaj o tzw. materii barionowej, czyli tym z czego my sami jesteśmy zbudowani – mówi Jean-Pierre Macquart z Uniwersytetu Curtin w Australii.

Generalnie w astronomii bardzo wielu rzeczy brakuje. Większość wszechświata składa się z ciemnej materii i ciemnej energii, których nikt jak dotąd bezpośrednio nie zaobserwował. Jednak nawet większą zagadką dla naukowców było to, że nie wiemy także gdzie jest połowa zwyczajnej materii, którą powinniśmy przecież być w stanie zaobserwować.

Dość tych tajemnic!

Astronomowie obserwują wszechświat we wszystkich zakresach promieniowania – od fal radiowych, przez promieniowanie rentgenowskie po promieniowanie widzialne. Nigdzie jednak nie było brakującej materii.

Wszystko jednak zmieniło się, gdy rozpoczęły się pomiary szybkich błysków radiowych – krótkich rozbłysków intensywnego promieniowania – i okazało się, że brakująca materia skrywa się w zimnym rozproszonym gazie wypełniającym przestrzeń między galaktykami.

Przestrzeń międzygalaktyczna jest bardzo rozległa. Wystarczy umieścić jeden czy dwa atomy na każde dwadzieścia-trzydzieści metrów sześciennych i można ukryć całą brakującą połowę materii barionowej – dodaje Macquart.

Szybkie błyski radiowe (FRB) odkryto dopiero w 2007 r., ale jak dotąd wiele o nich jeszcze nie wiemy.

Gdy owe błyski przemieszczają się w przestrzeni kosmicznej, ulegają rozproszeniu i spowolnieniu przez materię, w której się poruszają. Każda częstotliwość energii radiowej jest spowalniana inaczej przez tę materię.

Niczym pryzmat, który rozszczepia światło na poszczególne barwy, każda o innej długości fali, tak brakująca materia we wszechświecie, rozszczepia FRB na poszczególne częstotliwości.

Analizując odległość do źródła rozbłysku oraz stopień opóźnienia błysku na poszczególnych częstotliwościach w momencie jego dotarcia na Ziemię, naukowcy byli w stanie oszacować ile materii znajduje się między galaktykami.

Po sprawdzeniu danych dla sześciu różnych szybkich błysków radiowych wyemitowanych z różnych części wszechświata, badacze byli w stanie oszacować ile tej materii jest i przede wszystkim gdzie ona jest. Wyniki swoich badań opublikowali dzisiaj w periodyku naukowym Nature.

To było wspaniałe uczucie… gdy otrzymaliśmy wyniki pomiarów i wiedzieliśmy, a wiedziało to tylko kilka osób na świecie, że właśnie rozwiązaliśmy kosmiczną zagadkę – mówi dr Macquart.

Gdyby nie najnowsze teleskopy…

Dostrzeżenie tak niewielkich zmian w szybkich błyskach radiowych było nie lada wyzwaniem, któremu można było sprostać tylko za pomocą największych teleskopów optycznych i radiowych.

Badacze w swojej pracy korzystali z australijskiego teleskopu ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), który składa się z 36 radioteleskopów ustawionych w Australii Zachodniej. Gdy wszystkie anteny współpracują ze sobą, to ich moc równa jest pojedynczej czaszy radioteleskopu o powierzchni 4000 m kw.

Anteny są w stanie obserwować ogromne obszary nieba w dużej rozdzielczości. Dzięki temu badacze – nie wiedząc skąd mogą nadejść FRB – mieli duże szanse na to, aby je zarejestrować i przeanalizować moment ich dotarcia na każdej poszczególnej długości fal.

Następnie Bardzo Duży Teleskop (VLT) w Chile mierzył odległości od Ziemi do galaktyki, w której znajdowało się źródło błysku.