Difuzni oblak nestale materije okružuje galaksije

Fizičari imaju dobre procjene koliko je materije bilo prisutno u ranom svemiru. Ubrzo nakon Velikog praska, otprilike 83 posto sve materije u svemiru sastojalo se od nevidljive tamne materije, a ostatak je činila obična materija. Ipak, te procjene premašuju količinu obične materije koja se danas vidi u zvijezdama i galaksijama. Gdje je onda nestala sva nestala obična materija?

Znanstvenici s MIT-a, kao dio CHIME/FRB suradnje, koriste daleke radio signale kako bi otkrili nedostajuću materiju u golemom prostoru između galaksija. Tim je razvio novu metodu za traženje nedostajuće materije kombinirajući lokacije galaksija s detekcijama brzih radio bljeskova.

Brzi radio-bljesak, ili FRB, je ultrasjajni, milisekundni bljesak radiovalova koje emitiraju izuzetno energetski fenomeni u dalekom svemiru. Dok putuje kroz svemir, signal brzog radio-bljeska se rasteže ili "razmazuje" u vremenu.

Tim predvođen MIT-om izmjerio je stupanj razmazivanja koji su doživjele tisuće FRB signala detektiranih na Zemlji. Zatim su usporedili svaki FRB razmaz s lokacijama galaksija diljem svemira kako bi utvrdili koliki je dio razmazivanja FRB-a posljedica galaktičke materije u odnosu na drugu, nedostajuću materiju.

Nova metoda otkrila je ne samo je li nedostajuća materija prisutna, već i gdje se nalazi. Točnije, istraživači su otkrili da ona postoji u vrlo difuznim oblacima koji okružuju skupine galaksija. Ti se oblaci protežu od galaksija na mnogo veće udaljenosti nego što su znanstvenici predviđali.

„Općenito, otkrili smo da tamo gdje ima više galaksija, oko njih obično ima više nedostajuće materije“, kaže Haochen Wang, diplomirani student na MIT-ovom Kavli institutu za astrofiziku i svemirska istraživanja.

Rezultati, objavljeni u časopisu Physical Review Letters, podupiru ideju da se materija izbacuje izvan galaksije putem mlazova crnih rupa, eksplodirajućih zvijezda i drugih visokoenergetskih procesa unutar galaksije. Štoviše, nalazi sugeriraju da su takvi procesi energičniji nego što su znanstvenici mislili. 

„Pronalazimo nedostajuću materiju koja je potisnuta u veće razmjere“, kaže Kiyoshi Masui, izvanredni profesor fizike na MIT-u. „Ova mjerenja pokazuju da je aktivnost zvijezda i aktivnost crnih rupa jača i mnogo nasilnija nego što je predviđeno.“

Za svoju novu studiju, tim je mapirao oblik nedostajuće materije oko galaksija unakrsnom korelacijom tisuća FRB mjerenja s lokacijama milijuna galaksija. Koristili su podatke iz dva izvora: Kanadskog eksperimenta mapiranja intenziteta vodika (CHIME) i istraživanja Tamne energetske spektroskopske instrumentacije (DESI).

Tim je izmjerio razmazivanje različitih valnih duljina svakog FRB-a, što su zatim mogli izravno povezati s količinom materije kroz koju je FRB morao proći prije nego što je stigao do CHIME-ovih detektora. Masui i Wang zatim su korelirali ta mjerenja s lokacijama preko 6 milijuna galaksija koje su osigurali DESI podaci. Na taj su način mogli tražiti vezu između nedostajuće materije i galaksija te izmjeriti gdje se jedna nalazi u odnosu na drugu.

Njihova analiza otkrila je obrazac: nedostajuća barionska materija obično se nalazila oko galaksija i galaktičkih jata. Ali umjesto da se okuplja blizu galaksija u gustoj kugli, nedostajuća materija bila je raspršena po velikom radijusu, slično difuznom oblaku.

Znanstveni rad možete pronaći na ovoj poveznici.