Áttörés: megtalálták az univerzum hiányzó anyagát

A tudósok régóta próbálták megfejteni, hová tűnt az univerzum barionos anyagának fele. Egy friss kutatás most választ adhat a rejtélyre: a világegyetem hiányzó anyaga a galaxisok közötti térben és a galaktikus halókban rejtőzik.

Az univerzum „szokásos” anyagának egy része eddig láthatatlan volt a tudomány számára. A kutatók azonban most bejelentették, hogy sikerült lokalizálniuk ezt az elveszettnek hitt barionos anyagot. A Nature Astronomy című folyóiratban megjelent tanulmány szerint a világegyetem hiányzó anyaga nagyrészt a galaxisok közötti térben, valamint a galaxisokat körülvevő úgynevezett halókban található.

A gyors rádiókitöréseknek (FRB-k) köszönhető, hogy a világegyetem hiányzó anyaga előkerült.
Fotó: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium / Jingchuan Yu, Beijing Planetarium

A világegyetem hiányzó anyaga körüli rejtély

A barionos anyag protonokból és neutronokból épül fel, és ez alkotja a csillagokat, bolygókat, gázfelhőket – vagyis mindent, ami fényt bocsát ki vagy nyel el. Az univerzum teljes anyag- és energiamennyiségének azonban mindössze 5 százalékát teszi ki. Ezen felül a világegyetem körülbelül 27 százalékát a láthatatlan sötét anyag alkotja, a fennmaradó 68 százalék pedig a sötét energia, amely az univerzum gyorsuló tágulásáért felelős. Bár az ősrobbanás után keletkezett barionos anyag mennyisége elméletileg ismert, a kutatók eddig csupán a felét tudták megfigyelni.

Az új kutatás kulcsa a gyors rádiókitörések (FRB-k) elemzése volt. Ezek rendkívül rövid, intenzív rádióhullám-impulzusok, amelyek jellemzően a Tejútrendszeren kívülről érkeznek. A tudósok most 69 ilyen FRB-t vizsgáltak meg, hogy feltérképezzék, milyen anyagon halad keresztül a jel, mielőtt elér hozzánk.

Az FRB-k áthatolnak az intergalaktikus közegen. Ha pontosan megmérjük, mennyit lassul a fény az útja során, akkor a csillagközi térben lévő anyagról is információt kapunk, még akkor is, ha az túl halvány ahhoz, hogy közvetlenül megfigyeljük

 – magyarázta Liam Connor, a Harvard Egyetem csillagásza, a tanulmány egyik társszerzője.

Az anyag többsége nem a csillagokban van

Az adatok alapján a kutatók arra jutottak, hogy az univerzum barionos anyagának 

• 76 százaléka az intergalaktikus térben, azaz a galaxisok közötti forró gázfelhőkben található. 
• További 15 százalék a galaxisokat körülvevő halókban van jelen. 
• Mindössze a fennmaradó rész alkotja a galaxisok belsejében lévő csillagokat, bolygókat és hideg gázokat.

„Olyan ez, mintha az FRB-k világítanák meg a hátteret, mi pedig a barionok árnyékát figyelhetnénk meg” – mondta Vikram Ravi, a Caltech csillagásza. – „Ha csak az árnyékot látjuk, akkor is következtethetünk arra, hogy valami van ott.”

Ez az első alkalom, hogy kutatóknak sikerült megfigyelésekre támaszkodva maradéktalanul feltérképezniük az univerzum teljes barionos anyagkészletét. 

Az eredmény nemcsak azt igazolja, hogy az anyag valóban létezik, hanem azt is, hogy pontosan hol helyezkedik el.

„A hiányzó barionok rejtélyét ezzel lényegében megoldottuk” – mondta Nicolás Tejos, a chilei Pontificia Universidad Católica de Valparaíso csillagásza, aki nem vett részt a kutatásban. – „Az FRB-k révén végre teljessé vált a barionmérleg.”

Jön a következő lépés: 2000 teleszkóp, 10 ezer új kitörés évente

A kutatócsoport most a Deep Synoptic Array-2000 nevű projektre készül, amelyben 2000 rádióteleszkóp segítségével az egész égboltot letapogatnák. Az új rendszer évente akár 10 000 új gyors rádiókitörést is azonosíthat, ezzel még részletesebb képet nyújtva az univerzum barionos anyagának eloszlásáról.