Οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει μυστηριώδεις εκλάμψεις ραδιοκυμάτων από το διάστημα, που διαρκούν χιλιοστά του δευτερολέπτου, για να εντοπίσουν μέρος της ύλης που λείπει από το Σύμπαν.
Η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια αποτελούν το 95,1% του Σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη (26,8%) είναι μια αινιγματική ουσία που διαμορφώνει τον κόσμο, ενώ η σκοτεινή ενέργεια (68,3%) είναι μια δύναμη που επιταχύνει τον ρυθμό επέκτασης του Σύμπαντος. Και οι δύο είναι αδύνατο να παρατηρηθούν άμεσα, αλλά μπορούν να ανιχνευθούν λόγω των βαρυτικών τους επιδράσεων.
Ωστόσο, το υπόλοιπο Σύμπαν (4,9%) αποτελείται από βαρυονική ύλη – ή «συνήθης ύλη» όπως αποκαλείται –η οποία απαρτίζεται από άτομα. Ενώ οι αστρονόμοι πίστευαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης αυτής επιπλέει στους χώρους μεταξύ των γαλαξιών – το αποκαλούμενο διαγαλαξιακό μέσο – ή μέσα στα «φωτοστέφανα» των γαλαξιών – τεράστιες, σφαιρικές περιοχές που περιλαμβάνουν αστέρια και καυτό αέριο – δεν μπορούσαν να την μετρήσουν. Αυτό συμβαίνει επειδή η συνήθης ύλη εκπέμπει φως σε διαφορετικά μήκη κύματος, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της είναι τόσο διάχυτο που είναι σαν να προσπαθείς να εντοπίσεις ομίχλη, λένε οι αστρονόμοι.
Καλλιτεχνική απεικόνιση της συνήθους ύλης εκρήξεις χρώματος στους χώρους μεταξύ των γαλαξιών
Jack Madden/IllustrisTNG/Ralf Konietzka/Liam Connor/CfA
Η αδυναμία ανίχνευσης περίπου του μισού της συνήθους ύλης του Σύμπαντος οδήγησε σε μια δεκαετή κοσμολογική διαμάχη που ονομάστηκε «το πρόβλημα των χαμένων βαρυονίων». Τώρα, ο επίκουρος καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ Liam Connor και οι συνεργάτες του κατάφεραν να εντοπίσουν τη χαμένη ύλη χρησιμοποιώντας τις ταχείες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων (fast radio bursts ή FRB), και δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό Nature Astronomy.
«Οι FRB λάμπουν μέσα από την ομίχλη του διαγαλαξιακού μέσου και, μετρώντας με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο επιβραδύνεται το φως, μπορούμε να ζυγίσουμε αυτή την ομίχλη, ακόμα και όταν είναι πολύ αχνή για να την δούμε», δήλωσε ο Connor, κύριος συγγραφέας της μελέτης.
Περισσότερες από χίλιες FRB έχουν ανιχνευθεί από την ανακάλυψή τους το 2007. Σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης, μόνο περίπου 100 έχουν εντοπιστεί σε γαλαξίες. Οι αστρονόμοι δεν είναι ακόμα σίγουροι για τις ακριβείς αιτίες πίσω από τις εκλάμψεις, αλλά η ανακάλυψη περισσότερων από αυτές θα μπορούσε να αποκαλύψει την προέλευσή τους.
Οι 69 FRB που εξετάστηκαν στη μελέτη βρίσκονται σε αποστάσεις που κυμαίνονται από 11,74 εκατομμύρια έως σχεδόν 9,1 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Η FRB 20230521B, που ανακαλύφθηκε κατά τη διάρκεια της έρευνας, είναι η πιο απομακρυσμένη ταχεία έκλαμψη ραδιοκυμάτων που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα.
Πώς μετρήθηκε η αόρατη ύλη
Όταν τα ραδιοκύματα ταξιδεύουν ως ταχείες εκλάμψεις προς τη Γη, το φως τους μπορεί να μετρηθεί σε διαφορετικά μήκη κύματος που εξαπλώνονται. Το πόσο εξαπλώνεται το φως εξαρτάται από την ποσότητα της ύλης που βρίσκεται στη διαδρομή του. Η ταχύτητα των FRB μπορεί να επηρεαστεί από το μέσο από το οποίο ταξιδεύουν, πράγμα που σημαίνει ότι διαφορετικά μήκη κύματος φωτός φτάνουν σε διαφορετικούς χρόνους. Ενώ τα μακρά, κόκκινα μήκη κύματος ταξιδεύουν πιο αργά για να φτάσουν στη Γη, τα μικρότερα, μπλε μήκη κύματος φτάνουν πιο γρήγορα. Κάθε μήκος κύματος επέτρεψε στους αστρονόμους να μετρήσουν την αόρατη ύλη.
Για να ταυτοποιήσει τις περισσότερες από τις ταχείες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων της μελέτης, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε το Deep Synoptic Array, ένα δίκτυο 110 ραδιοτηλεσκοπίων που βρίσκεται κοντά στο Μπίσοπ της Καλιφόρνια
Vikram Ravi/Caltech/OVRO
Αφού χαρτογράφησε όλες τις FRB και την ύλη που διέσχισαν και φώτισαν, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το 76% της κοσμικής ύλης υπάρχει ως καυτό αέριο χαμηλής πυκνότητας στο διαγαλαξιακό μέσο, το διάστημα μεταξύ των γαλαξιών. Ένα άλλο 15% βρίσκεται σε γαλαξιακά «φωτοστέφανα», ενώ το υπόλοιπο βρίσκεται μέσα στους ίδιους τους γαλαξίες ως αστέρια, πλανήτες ή κρύο αέριο.
«Το “πρόβλημα των χαμένων βαρυονίων” που υπάρχει εδώ και δεκαετίες δεν αφορούσε ποτέ την ύπαρξη της ύλης», δήλωσε ο Connor. «Το θέμα ανέκαθεν ήταν “πού βρίσκεται;”. Τώρα, χάρη στις FRB, γνωρίζουμε: Τα τρία τέταρτα της επιπλέουν μεταξύ των γαλαξιών στον κοσμικό ιστό».
Η κατανόηση της κατανομής της συνήθους ύλης μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν πώς αναπτύσσονται και εξελίσσονται οι γαλαξίες. «Αρχίζουμε να βλέπουμε τη δομή και τη σύνθεση του Σύμπαντος με εντελώς νέα ματιά, χάρη στις FRB. Αυτές οι ταχείες εκλάμψεις μας επιτρέπουν να εντοπίσουμε την αόρατη ύλη που γεμίζει τους τεράστιους χώρους μεταξύ των γαλαξιών», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Vikram Ravi, επίκουρος καθηγητής αστρονομίας στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech).
Με πληροφορίες από: Mysterious fast radio bursts help astronomers pinpoint cosmic ‘missing’ matter by Ashley Strickland, CNN
