Эффект Сюняева — Зельдовича для 1 миллиона находящихся рядом друг с другом пар галактик. (a) симметрично выровненные комптоновские карты для 1 миллиона близких пар галактик CMASS; (b) смоделированный сигнал только от галактических гало; (с) остаточная разность между снимком находящихся рядом друг с другом пар галактик и смоделированным сигналом. Цвет соответствует силе эффекта Сюняева — Зельдовича через безразмерный y-параметр, который связан с давлением ионизированного газа. Соединительный мост между парами галактик присутствует на изображении (а), но отсутствует на изображении (b), что указывает на присутствие нити между парами галактик на изображении (a). Обнаруженная нить обозначена на иллюстрации (с) в виде пунктирного прямоугольника, на котором крестиками отмечены позиции пар галактик.
Примерное распределение массы во Вселенной таково: 5% приходится на обычную материю, из которой состоят видимые звёзды и планеты, 25% приходится на тёмную материю (она не видима, но наблюдается через гравитационные эффекты), а 70% — на тёмную энергию (неизвестная субстанция, которая «изобретена», чтобы объяснить некоторые космические феномены, в том числе геометрически плоскую структуру Вселенной и видимое ускорение её расширения).
Но расчёты астрофизиков показывали, что обычного вещества во Вселенной должно быть вдвое больше, чем мы наблюдаем в настоящее время, пишет New Scientist. Теперь примерно половина «пропавших» барионов наконец-то нашлась.
Об открытии практически одновременно объявили две группы исследователей. Чуть раньше была группа Хидеки Танимуры с коллегами из департамента физики и астрономии в Университете Британской Колумбии (Канада), Канадского института передовых исследований, Научно-исследовательского института астрофизики Ливерпульского университета имени Джона Мурса (Великобритания) и отделения по исследованиям астрофизики и космологии Школы химии и физики при Университете Квазулу-Натала (Дурбан, ЮАР).
Через две недели свою статью выложила Анны де Грааф с коллегами из Королевской обсерватории Института астрономии при Эдинбургском университете (Великобритания).
На данный момент на arXiv.org размещены исправленные вторые версии обеих статей.
Что же нашли учёные? Обе группы астрофизиков сообщили об обнаружении большого количества «потерянного» вещества в виде барионов. Барионы объединяют галактики через нити горячего диффузного газа.
Как выяснили учёные в прошлые годы, все галактики во Вселенной связаны вместе в единую сеть с помощью нитей, которые состоят из обычного вещества и тёмной материи. Сначала предполагалось, что галактики связывает только тёмная материя, но в 2012 году астрофизики впервые обнаружили в этих нитях нормальное вещество. Например, галактики Андромеда (М31) и Треугольника (М33) связывает нить из водорода длиной 782 000 световых лет. Учёные рассчитали, что нормальная материя составляет примерно 10% от общей массы нитей, а основная масса — это тёмная материя.
«Проблема пропавших барионов решена», — сказал Хидеки Танимура из департамента физики и астрономии в Университете Британской Колумбии (Канада), ведущий автор первой научной работы.
Поскольку нити из горячего диффузного газа очень разреженные и недостаточно горячие для рентгеновских телескопов, никто не замечал их раньше. У нас просто нет подходящего инструмента, чтобы чётко зарегистрировать их наличие, поэтому нити между галактиками до настоящего времени оставались спекулятивной теорией. Сейчас они впервые чётко зафиксированы и изучены.
Для обнаружения нитей обе группы использовали одинаковый метод. Они применили эффект Сюняева — Зельдовича, который наблюдается, если свет, оставшийся от Большого взрыва проходит через облака горячего газа. Во время прохождения через газ этот свет рассеивает электроны из облака, оставляя тусклый след в космическом микроволновом фоне — своеобразную фотографию со из того времени, когда родился космос.
Космическая реионизация, формирование первых звёзд после Большого взрыва. Иллюстрация: ESA
Обе группы исследователей выбрали для изучения из базы Sloan Digital Sky Survey пары галактик, которые предположительно должны соединяться жилами из барионов. Группа Танимуры изучила 260 000 пар галактик, а группа Анны де Грааф — более 1 миллиона пар. Обе группы выявили явные свидетельства газовых нитей между галактиками. По оценке Танимуры с коллегами, плотность вещества в газовых нитях почти в три раза превышает плотность нормальной материи во Вселенной., а по оценке де Грааф нити в шесть раз плотнее нормальной материи.
Танимура объяснил, что разница в оценке объясняется тем, что группы исследовали нити, которые находятся на разном расстоянии. Если учесть этот фактор, то результаты не являются противоречивыми.
Итак, десятки лет симуляции Вселенной показывали наличие в ней неучтённых барионов — и вот они наконец найдены. «Все знали, что они должны быть здесь, но впервые кто-то — даже две разные группы — осуществили безусловное определение», — говорит Ральф Крафт из Гарвард-Смитсоновского центр астрофизики в Массачусетсе.
Это открытие ещё раз подтверждает, что симуляция Большого взрыва, появление нашей Вселенной из одной точки, реионизация, формирование галактик и нитей из тёмной материи между ними — всё это сделано учёными довольно точно. Теория подтверждается наблюдениями.
Научные статьи опубликованы на сайте препринтов arXiv.
Статья Хидеки Танимуры и др. опубликована 15 сентября 2017 года (arXiv:1709.05024v1).
Статья Анны де Грааф и др. опубликована 29 сентября 2017 года (arXiv:1709.10378v2).
Автор: Анатолий Ализар
