На этой неделе были опубликованы сразу две научных работы, в каждой из которых астрономы очень похоже ответили на старую физическую загадку о нехватке вещества во Вселенной.
Астрономы нашли половину потерянного вещества Вселенной

Сначала разберемся с проблемой. Вещества во Вселенной ровно столько, сколько есть, и Вселенной всего хватает. Дело только в том, что его не хватает астрофизикам: стандартная модель нашей Вселенной, ΛCDM, предусматривает три типа вещества, составляющего вообще всё: обычное, барионное вещество, из которого состоим мы с вами, тёмную материю — ту, что обладает массой, но не излучает и не поглощает электромагнитное излучение, и тёмную энергию. Насчёт последней никто не уверен, но без нее не объяснить всё ускоряющееся расширние Вселенной.

На барионную материю приходится 4,6% массы Вселенной. Ещё 26,8% - это скрытая масса, или тёмная материя. Остальное — почти 70% - тёмная энергия. Беда в том, что наблюдения за видимой частью Вселенной показывают только половину барионного вещества, предусмотренного ΛCDM. Из него сделаны планеты и звёзды, их скопления, галактики и вообще всё, что мы можем наблюдать — но его слишком мало по сравнению с расчётными данными.

Но на этой неделе две группы учёных независимо друг от друга доказали одну из гипотез, объясняющую, где прячется половина барионного вещества Вселенной.

Большие скопления обычной материи — галактики и галактические кластеры — связаны, как принято сегодня считать, длинными нитями тёмной материи. Учёные предположили, что в этих нитях может быть и барионное вещество — ионный газ, очень горячий и дающий излучение высокой энергии, но при этом газ такой низкой плотности, что зарегистрировать его собственное излучение земными телескопами невозможно.

Но доказать наличие в филаментах тёмной энергии ионов обычного вещества можно по‑другому — с помощью реликтового излучения. Этим и занялись две группы астрономов, одна из Университета Британской Колумбии (Канада) под руководством Хидеки Танимура (Hideki Tanimura), вторая — из университета Эдинбурга под руководством Анны де Грааф (Anna de Graaff).

Реликтовое излучение, появившееся в первый миллион лет существования Вселенной, пронизывает её всю. Проходя через раскалённый газ в филаментах тёмной энергии, реликтовое излучение должно терять энергию (это называется эффектом Сюняева — Зельдовича). Обе группы учёных выбрали в огромной базе данных астрофизических исследований — Слоановском цифровом небесном обзоре — пары галактик, равноудалённых от Земли, и вычислили для их окрестностей изменение интенсивности реликтового излучения, основываясь на данных, собранных космической обсерваторией «Планк». Обе группы доказали, что в предсказанных местах между галактиками существуют филаменты горячего ионного газа, плотность барионного вещества в которых втрое (по результатам Танимуры) и даже вшестеро (по результатам де Грааф) выше, чем в среднем по космическому пространству. Вещества из межгалактических нитей, спрятанного в тёмной материи, достаточно, чтобы объяснить «недостачу» половину всего барионного вещества Вселенной.

Работа канадских исследователей опубликована в репозитории препринтов ArXive.org, там же можно ознакомиться с работой их шотландских коллег.