Αστρονόμοι χρησιμοποίησαν ταχείες ραδιοεκρήξεις (FRBs) – σύντομα, έντονα ραδιοσήματα από μακρινούς γαλαξίες – για να εντοπίσουν τη «χαμένη» ύλη του σύμπαντος που βρίσκεται στο διάστημα ανάμεσα στους γαλαξίες. Η καλλιτεχνική απεικόνιση δείχνει αυτή τη συνηθισμένη ύλη ως θερμό, αραιό αέριο στην περιοχή που ονομάζεται μεσογαλαξιακό μέσο (IGM), το οποίο μέχρι τώρα ήταν δύσκολο να παρατηρηθεί άμεσα.
Η μισή από τη συνηθισμένη, «κανονική» ύλη του σύμπαντος έλειπε, μέχρι τώρα. Αστρονόμοι εντόπισαν και υπολόγισαν για πρώτη φορά αυτή τη χαμένη ύλη χρησιμοποιώντας τις μυστηριώδεις αλλά ισχυρές ραδιοεκρήξεις FRB.
Αυτή η χαμένη ύλη δεν είναι σκοτεινή ύλη, η οποία παραμένει αόρατη επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως. Αντίθετα, είναι συνηθισμένη ύλη φτιαγμένη από άτομα (βαρυόνια), που κανονικά αλληλεπιδρούν με το φως, αλλά ήταν μέχρι τώρα πολύ σκοτεινή για να ανιχνευθεί.
Η λύση ενός παλιού αστρονομικού γρίφου
Αν και το ζήτημα δεν είχε τραβήξει την προσοχή όσο το μυστήριο της σκοτεινής ύλης, η απουσία της βαρυονικής ύλης αποτελούσε για χρόνια μια απογοητευτική πρόκληση στην κοσμολογία. Το πρόβλημα παρέμενε επειδή αυτή η ύλη είναι αραιά κατανεμημένη σε αόρατα άλως γύρω από γαλαξίες και σε διαχυμένα νέφη στο διάστημα ανάμεσά τους.
Τώρα, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τις FRBs για να φωτίσουν αυτές τις αχνές δομές ανάμεσα στη Γη και τις μακρινές πηγές των εκρήξεων, «ζυγίζοντας» ουσιαστικά την ορατή και αόρατη ύλη στο ενδιάμεσο.
Όπως δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Liam Connor από το Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ και Σμιθσόνιαν (CfA):
«Οι FRBs φωτίζουν την ομίχλη του μεσογαλαξιακού μέσου και μετρώντας με ακρίβεια πόσο επιβραδύνεται το φως, μπορούμε να ζυγίσουμε αυτή την ομίχλη, ακόμη κι όταν είναι πολύ αδύναμη για να τη δούμε».
Τα FRBs ως κοσμικά φανάρια για τη χαμένη ύλη
Οι FRBs είναι ραδιοπαλμοί που διαρκούν μόλις μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, αλλά σε αυτό το διάστημα μπορούν να απελευθερώσουν τόση ενέργεια όση ο Ήλιος σε 30 χρόνια. Η προέλευσή τους παραμένει εν πολλοίς αινιγματική, αφού οι περισσότερες εμφανίζονται μόνο μία φορά και είναι δύσκολο να εντοπιστούν.
Για να χρησιμοποιηθούν ως «μέτρα» της ύλης μεταξύ της πηγής και της Γης, πρέπει να γνωρίζουμε την απόστασή τους. Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι έχουν κατορθώσει να προσδιορίσουν με ακρίβεια τη θέση περίπου 100 FRBs.
Ο Connor και η ομάδα του, μαζί με τον καθηγητή Vikram Ravi από το Caltech, χρησιμοποίησαν 69 FRBs από πηγές που βρίσκονται σε αποστάσεις από 11,7 εκατομμύρια έως 9,1 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Η πιο μακρινή ήταν η FRB 20230521B – η πιο απομακρυσμένη FRB που έχει εντοπιστεί ως σήμερα.
Οι τεχνικές που ξεκλείδωσαν το αόρατο σύμπαν
Από τις 69 FRBs, οι 39 εντοπίστηκαν από το Deep Synoptic Array (DSA), ένα δίκτυο 110 ραδιοτηλεσκοπίων στο Owen Valley Radio Observatory του Caltech. Οι αποστάσεις μετρήθηκαν με όργανα στα αστεροσκοπεία Keck στη Χαβάη και Palomar κοντά στο Σαν Ντιέγκο. Πολλές από τις υπόλοιπες FRBs ανιχνεύθηκαν από το ASKAP στην Αυστραλία, ειδικευμένο στην εντόπιση και εντοπισμό τέτοιων εκρήξεων.
Καθώς οι FRBs διασχίζουν την ύλη, το φως τους διασπάται σε διαφορετικά μήκη κύματος, όπως συμβαίνει όταν το φως περνά από πρίσμα. Η γωνία αυτής της διάθλασης δείχνει πόση ύλη συνάντησε στο πέρασμά του.
Ο Ravi εξηγεί:
«Είναι σαν να βλέπουμε τη σκιά όλων των βαρυονίων, με τις FRBs ως φως στο παρασκήνιο. Αν δεις τη σκιά κάποιου, ξέρεις ότι είναι εκεί και πόσο μεγάλες είναι περίπου».
Τι δείχνουν οι νέες παρατηρήσεις
Η ανάλυση έδειξε ότι περίπου 76% της κανονικής ύλης του σύμπαντος βρίσκεται στο μεσογαλαξιακό μέσο, το 15% σε τεράστιες άλως γύρω από γαλαξίες και μόλις το 9% μέσα στους ίδιους τους γαλαξίες, ως αστέρια ή ψυχρό αέριο.
Αυτή η κατανομή συμφωνεί με προηγμένες κοσμικές προσομοιώσεις, αλλά είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται άμεσα.
Το μέλλον των FRBs στην κοσμολογία
Αυτή η μελέτη μπορεί να βελτιώσει την κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών. Για τον Ravi, ωστόσο, πρόκειται απλώς για το πρώτο βήμα. Το επόμενο είναι το ραδιοτηλεσκόπιο DSA-2000 που σχεδιάζεται από το Caltech και θα κατασκευαστεί στην έρημο της Νεβάδα.
Με δυνατότητα εντοπισμού έως και 10.000 FRBs τον χρόνο, θα ενισχύσει την κατανόησή μας για αυτές τις εκρήξεις και τη χρησιμότητά τους στην έρευνα της ύλης του σύμπαντος.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε τη Δευτέρα 16 Ιουνίου στο περιοδικό Nature Astronomy.