Krátke rádiové signály z ďalekého vesmíru odhalili záhadu chýbajúcej hmoty vo vesmíre

Portál Phys priniesol informácie o veľmi významnom objave vedcov z výskumného centra ICRAR pod vedením Jeana–Pierra Macquarta.

Podarilo sa im totižto objaviť takzvanú „chýbajúcu“ vesmírnu hmotu pomocou rýchlych rádiových pulzov (Fast Radio Burst – FRB), ktoré sú vo svojej podstate krátke a veľmi intenzívne rádiové signály. Výsledky svojej štúdie publikovali v žurnále Nature.

Záhada, ktorá bola konečne zodpovedaná

Záhada chýbajúcej vesmírnej hmoty kozmológov znepokojuje už viac ako 20 rokov. V tomto prípade sa ale nejedná o tzv. temnú hmotu, ktorá je pre nás aktuálne neviditeľná a nedetekovateľná. Ide o normálnu hmotu, ktorú tvorí skupina častíc známych ako baryóny, obsahujúce protóny a neutróny. Pozorovania vesmírneho svetla siahajúceho do jeho počiatkov naznačujú, že baryóny by mali tvoriť približne 5 % všetkej hmoty a energie vo vesmíre.

Zobraziť celú galériu (2)

Príklad baryónu zloženého z dvoch c kvarkov a jedného u kvarku. Zdroj: Daniel Dominguez, CERN.

V modernom vesmíre však všetka hmota, ktorú astronómovia ľahko pozorujú, ako napríklad hviezdy a plyn v galaxiách, predstavuje iba polovicu očakávaného množstva hmoty. Vedci však už dlhšie predpokladali, že chýbajúca hmota sa skrýva niekde medzi galaxiami pozdĺž vlákien plynu naviazaného medzi klastrami galaxií v obrovskej kozmickej pavučine.

„Z meraní Veľkého tresku vieme, koľko bolo hmoty v začiatkoch vesmíru,“ uviedol Jean–Pierr Macquart. „No akonáhle sme sa pozreli do súčasného vesmíru, nemohli sme nájsť približne polovicu toho, čo by tam malo byť. Bolo to trochu trápne.“

Určitú časť intergalaktickej hmoty je možné detegovať za pomoci absorpcie svetla vzdialených svetlých objektov zvaných ako kvazary. Hľadanie jej zvyšku však predstavuje pomerne zložitý problém. Intergalaktický priestor je totižto veľmi riedky a chýbajúca hmota je v jeho kontexte ekvivalentom jedného alebo dvoch atómom v miestnosti o veľkosti priemernej kancelárie.

Veľká neznáma bola odhalená pomocou inej neznámej

Vedci ale napokon našli spôsob, ako túto chýbajúcu hmotu odhaliť. Podarilo sa im to vďaka ďalšej veľkej neznámej, ktorou sú rýchle rádiové pulzy. Tie pochádzajú z iných galaxií, pričom sa predpokladá, že pravdepodobne vznikli v dôsledku energetickej aktivity okolo neutrónových hviezd alebo čiernych dier.

Aj keď sa úplne presne nevie, čo spôsobuje tieto pulzy, vedci zistili, že môžu byť užitočné ako baryónové detektory. V princípe sa tieto vysokofrekvenčné a vysokoenergetické pulzy dostanú cez intergalaktickú hmotu rýchlejšie ako nízkofrekvenčné vlny. Čím viac intergalaktickej hmoty musia rýchle rádiové pulzy prekonať, tým viac zaostávajú ich vlny s nižšou frekvenciou. Jednotlivé vlny sa tak rozbijú podobne, ako sa lomí svetlo pri dopade na hranol.

Špecifická značka v rádiových signáloch je tak v čase, keď dorazí na Zem, detekovateľná. Problémom bol však fakt, že rýchle rádiové pulzy sú veľmi nepredvídateľné a vedci nedokázali určiť, kde a kedy ich môžu zachytiť. Pomohli až rádioteleskopy ASKAP, ktoré „majú široké zorné pole, asi 60-krát väčšie ako Mesiac v splne a dokážu robiť snímky pri vysokom rozlíšení,“ uviedol spoluautor štúdie, doc. Ryan Shannon.

Vedci tak boli schopní cez radu rádioteleskopov ASKAP pomerne ľahko zachytiť rýchle rádiové pulzy a následne s neuveriteľnou presnosťou určiť galaxie, z ktorých pochádzajú. Keď rýchle rádiové pulzy dorazia k teleskopu, dokáže ich zaznamenať v zlomku sekundy. To umožňuje určiť polohu pulzov s presnosťou hrúbky ľudského vlasu nachádzajúceho sa vo vzdialenosti 200 metrov.

Zobraziť celú galériu (2)

Rad rádioteleskopov ASKAP. Zdroj: CSIRO.

Len pomocou šiestich rýchlych rádiových pulzov dokázali vedci porovnať časy príchodu ich vĺn pri rôznych frekvenciách tak, aby sa zhodovali s počtom baryónov, s ktorými sa pulzy dostali do kontaktu na svojej ceste intergalaktickým priestorom.

Keďže vedci poznali vzdialenosť medzi Mliečnou dráhou a galaxiami, z ktorých rýchle rádiové pulzy prišli, dokázali následne vypočítať hustotu baryónov pozdĺž tejto cesty.

Chýbajúca hmota nechýba. Je len veľmi rozptýlená

Výsledky tak ukázali, že chýbajúca hmota vo vesmíre v skutočnosti nechýba. Je v ňom stále prítomná medzi hviezdami a galaxiami, no je veľmi rozptýlená. Ďalší spoluautor štúdie, prof. J. Xavier Prochaska, v tomto kontexte uviedol, že priemerná hustota hmoty medzi Mliečnou dráhou a každou z galaxií, odkiaľ rýchle rádiové pulzy vyšli, je približne jeden baryón na meter kubický.

Zobraziť celú galériu (2)

NASA

V tomto smere tak ide o skutočne obrovský úspech. Zároveň použitá metodika využívajúca rýchle rádiové pulzy otvára nové dvere k štúdii doposiaľ neviditeľných štruktúr nášho vesmíru.

Navyše, v súčasnosti prebieha budovanie ešte väčšieho a presnejšieho rádioteleskopu SKA (Square Kilometre Array), ktorý by mohol v budúcnosti priniesť naozaj vzrušujúce odhalenia.

Čítajte viac z kategórie: Novinky