Megtalálták az univerzum „eltűnt” anyagát

A tudósok becslése szerint ez az „ismert” anyag az összes anyag mindössze 15%-át teszi ki, ám régóta küzdöttek annak feltérképezésével, pontosan hol is található ez a mennyiség. A számítások alapján az anyag felének nem volt nyoma. Most azonban kutatók rádióhullámok segítségével végre rábukkantak az „eltűnt” anyagra.

A felfedezés alapját 69 kozmikus forrásból származó erőteljes rádiókitörések (FRB-k) jelentették. Ezek révén sikerült kimutatni, hogy az elveszett anyag elsősorban ritka, szétterülő gázként rejtőzött az univerzum galaxisai közötti tágas térségekben. Ez a ritkás gáz alkotja az intergalaktikus közeget, amely afféle ködszerű hálóként fedi be a csillagrendszerek közötti űrt.

Korábban a kutatók a normál anyag teljes mennyiségét az ősrobbanásból (kb. 13,8 milliárd éve) származó fény megfigyelései alapján becsülték meg, ám ennek mintegy felét képtelenek voltak ténylegesen megtalálni.

„A nagy kérdés az volt: hol rejtőzik ez az anyag? Úgy tűnik, a válasz: egy szálas, halvány kozmikus hálóban, messze a galaxisoktól” – mondta Liam Connor, a Harvard Egyetem csillagászprofesszora, a kutatás vezetője. Az eredményeket a Nature Astronomy tudományos folyóiratban publikálták.

A kutatás szerint a hiányzó anyag kisebb része a galaxisokat övező, halóként ismert ritka anyagfelhőkben található – ilyen például a saját Tejútrendszerünk halója is.

A hétköznapi anyag barionokból áll – ezek az atomok építőkövei: protonok és neutronok.

„Az emberek, a bolygók és a csillagok barionokból épülnek fel. A sötét anyag viszont titokzatos – nem tudjuk, milyen részecskékből áll. A hétköznapi anyagot viszont pontosan ismerjük – csak azt nem tudtuk, hol van” – magyarázta Connor.

Hogyan került mégis ennyi anyag a semminek tűnő köztes térbe? A válasz: hatalmas mennyiségű gázt löknek ki a galaxisokból, amikor például szupernóva-robbanás történik, vagy amikor egy szupermasszív fekete lyuk „büfög” – azaz anyagot lövell ki, miután elnyelt egy csillagot vagy gázfelhőt.

„Ha az univerzum unalmasabb lenne, vagy mások lennének a fizika törvényei, akkor talán az összes anyag a galaxisokban maradna, lehűlne, csillagokká válna, és minden proton és neutron csillagrészelem lenne. De nem ez történik” – tette hozzá Connor.

Ezek az erőszakos folyamatok tehát szétszórják az anyagot, amely így plazmaállapotban, azaz ionizált formában – különvált protonok és elektronok formájában – sodródik az intergalaktikus térben.

A kutatók a felfedezéshez az úgynevezett gyors rádiókitörések (Fast Radio Bursts – FRB) jelenségét használták. Ezek ismeretlen eredetű, nagyon rövid, de rendkívül intenzív rádióhullám-kitörések. A vezető elmélet szerint erősen mágnesezett neutroncsillagok (úgynevezett magnetárok) bocsátják ki őket – ezek olyan csillagmaradványok, amelyek egy hatalmas szupernóva után maradnak vissza.

Ahogy a rádióhullámok keresztülhaladnak az univerzumon, szétszóródnak különböző hullámhosszakra, akárcsak amikor egy prizma szivárványra bontja a napfényt. Ennek a szóródásnak a mértéke függ az útjukba eső anyag mennyiségétől, így lehetővé válik az anyag mennyiségének közvetett mérése olyan helyeken is, ahol közvetlenül nem látható.

A mostani felfedezéshez 69 FRB rádióhullámait vizsgálták meg, ezek közül 39-et Kaliforniában, a Caltech Owens Valley rádióobszervatórium 110 távcsövet tartalmazó Deep Synoptic Array hálózatával figyeltek meg, míg a többit más teleszkópok észlelték, írta a Reuters.

Az FRB-k forrásai akár 9,1 milliárd fényévre is lehettek a Földtől – ez az eddigi legtávolabbi mért rádiókitörés. (Egy fényév kb. 9,5 billió kilométer.)

A mérések alapján az ismert, hétköznapi anyag:

• kb. 76%-a az intergalaktikus térben található,

• 15% a galaxisok halóiban lebeg,

• míg csak 9% sűrűsödik ténylegesen a galaxisokon belül – főként csillagok, gázok formájában.

„Most, hogy már tudjuk, hol van az összes hétköznapi anyag, rátérhetünk még fontosabb rejtélyekre is” – mondta Connor. „Például: mi a sötét anyag természete, és miért olyan nehéz közvetlenül kimutatni?”