Végre megvan a hiányzó anyag
Az elmúlt évtizedekben a csillagászokat komoly rejtély foglalkoztatta: a világegyetem látható, „rendes” anyagának mintegy fele hiányzott az adatokból – egyszerűen nem találták nyomát a mérésekben. A megoldást most a Caltech és a Harvard–Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatói hozták el. A tudósok először számolták meg és mérték meg közvetlenül a hiányzó anyagot, mégpedig egy rendkívüli jelenség, a gyors rádiókitörések (Fast Radio Bursts, FRB-k) révén.
Ezek a mindössze néhány milliszekundumig tartó, rendkívül intenzív rádióvillanások az univerzum távoli pontjairól érkeznek. Azáltal, hogy áthatolnak a galaxisközi „ködön”, lehetővé teszik, hogy a kutatók mérjék, mennyire lassul le a fényük, miközben átutazik a rejtőzködő anyagon. Minél több anyagon halad keresztül a jel útja, annál jobban széthúzódik (diszperzálódik) a rádiójel a különböző hullámhosszak között.
Kilencmilliárd fényévre, rekordtartó kitörések
A kutatók összesen 69 megfelelően beazonosított FRB-t vizsgáltak, amelyek tőlünk 11,74 milliótól egészen 9,1 milliárd fényévre találhatók. Ez utóbbi, vagyis a FRB 20230521B minden idők legtávolabbi detektált rádiókitörése. Bár már több ezret észleltek, csak körülbelül százról tudják pontosan, melyik galaxisból jött és milyen messze van. A mostani kutatáshoz ezekre a „lokalizált” FRB-kre volt szükség. Az amerikai Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) ezek közül 39-et talált meg, míg további harmincat főként az ausztrál Square Kilometre Array Pathfinder detektált.
A galaxisok közötti „köd” vizsgálatánál a kutatók azt mérték, hogyan szóródnak szét a rádióhullámok, amikor elérik a Földet. A hosszabb hullámhosszú (vörös) jelek lassabban haladnak át a ritkább régiókon, mint a rövidebb (kékes) hullámok, és ebből ki lehet számolni, mekkora anyagmennyiség rejtőzik az univerzumban a kitörések és közöttünk.
Az anyag nagyja a semmi közepén
A tanulmány megállapította, hogy a rendes anyag 76 százaléka a galaxisközi térben, az úgynevezett intergalaktikus közegben található. További 15 százaléka galaktikus halókban lebeg, a maradék pedig a galaxisok belsejében koncentrálódik – csillagokban, valamint hideg gázban. Az eloszlás megegyezik a fejlett számítógépes kozmológiai szimulációk eredményeivel, azonban megfigyeléssel most sikerült első alkalommal igazolni ezt a modellt.
Mire jó nekünk mindez?
Ez a felfedezés új utakat nyit a galaxisok növekedésének és szerkezetének megértésében, a gyors rádiókitörések pedig hasznos eszközzé válhatnak a további kozmológiai kérdések vizsgálatában. Segíthetnek például feltérképezni, hogy mekkora tömege lehet a neutrínóknak – ezeknek a szubatomi részecskéknek a standard fizikai modell szerint nincs tömegük, miközben a mérések szerint mégis van nagyon kis tömegük. Az ilyen finom részletek megismerése akár új forradalmat is hozhat a részecskefizikában.
A Caltech leendő rádióteleszkópja a nevadai sivatagban évente akár 10 000 FRB-t is detektálhat majd, ami új korszakot hozhat a kozmosz feltérképezésében és a rejtett anyagok azonosításában.
Képek és művészi illusztrációk
A kutatáshoz készített művészi ábrázolások bemutatják, hogyan haladnak át a rádiókitörések fényhullámai a galaxisközi ködön. Ezek a vizuális anyagok szemléletesen ábrázolják, miként segít a különböző hullámhosszú – például kék (sűrű régiók) és vörös (üresebb terek) – fény a láthatatlan anyag feltérképezésében, amely eddig rejtve maradt a tudomány előtt.
