Газ, окружающий галактики, как оказалось более рассеян, чем считалось ранее, и это может помочь разгадать загадку недостающей материи.
Сверхмассивные чёрные дыры выплевывают материю на расстояние в 2-3 раза превышающие радиус материнских галактик. (В галактиках, подобных Туманности Андромеды, в центре находится сверхмассивная черная дыра. NASA/JPL-Caltech)
Как оказалось, сверхмассивные черные дыры намного, намного мощнее, чем предполагают наши теории. Они выбрасывают газ, из материнских галактик, гораздо дальше, чем считалось ранее. Астрофизики считают, что это открытие может помочь объяснить несколько космологических загадок, в том числе тот факт, что во Вселенной, по-видимому, отсутствует большое количество материи.
Большинство объектов, которые мы можем измерить во Вселенной, например звезды или галактики, излучают свет, который мы можем наблюдать с Земли. Но измерить холодный или рассеянный газ, который очень важен для понимания того, как устроена Вселенная, намного сложнее, потому что он обычно не испускает столь яркого света.
Ученые нашли недостающие "запчасти" Вселенной — Пропажу барионной материи объяснили интенсивной работой Сверхмассивных черных дыр
Новый метод, разработанный астрономами для составления карты этого газа, основан на анализе космического микроволнового фона (CMB) - реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва. Этот свет путешествует по Вселенной миллиарды лет, и любой объект, который он встречает на своем пути - например, галактики и содержащийся в них газ - оставляет на нем «своеобразный отпечаток», который можно измерить. «Галактики как будто отбрасывают тень на карту CMB, - говорит астрофизик Боряна Хаджийска из Калифорнийского университета в Беркли. Но поскольку такие «отпечатки» очень слабые, для получения отчетливого сигнала нужны многие миллионы галактик, говорит эксперт.
Недавно ученым удалось измерить эти «отпечатки» с максимальной детализацией. Оказалось, что образующий их газ гораздо более рассеян, чем в классических моделях Вселенной. «Мы обнаружили то, чего не ожидали, а именно, что газ гораздо более разрежен, чем, например, предсказывают модели формирования галактик», - говорит Хаджийска.
В ближайшие дни на ночном небе можно будет невооруженным глазом увидеть взрыв новой звезды
Чтобы провести необходимые измерения, Хаджийска и ее команда объединили одну из самых подробных карт космического микроволнового фона, составленную с помощью Атакамского космологического телескопа (ACT) в Чили, с обширным каталогом близлежащих галактик, созданным с помощью спектроскопического прибора для изучения темной энергии (DESI) в Аризоне. Измерив степень искажения карты CMB по отношению к галактикам, ученые смогли вычислить среднюю плотность вещества в космосе, что позволило им определить, где именно "обитает" галактический газ.
В то время как классические модели космологии, предполагают, что газ распространяется не более чем на 1-2 процента за внешние границы галактик, Хаджиска и ее команда пришли к выводу, что он способен достигать расстояний, в два-три раза превышающих радиус самой галактики. Вероятно, это объясняется тем, что явления, характерные для сверхмассивных черных дыр - а именно их джеты - обладают гораздо большей силой, чем мы ожидали, хотя мы точно не знаем, какие именно процессы в них происходят, говорит Хаджиска.
По словам Лии Бигвуд из Кембриджского университета, эта работа подтверждает результаты более ранних исследований, в которых с помощью той же техники были обнаружены намеки на газ, растекающийся по Вселенной. Однако повышение точности измерений повышает уверенность астрономов в том, что это действительно так. «Это свидетельствует о том, что, возможно, мы недооцениваем, насколько сильно сверхмассивные черные дыры способны выплевывать материю в космос. И если это так, то скорее всего мы ошибаемся в наших космологических гипотезах".
Изображение спиральной галактики M99, полученное космическим телескопом "Хаббл". ESA/Hubble & NASA, M. Kasliwal
Одна из проблем, которую это может помочь решить, - так называемая проблема недостающих барионов. CMB можно использовать для оценки количества барионной материи - то есть обычного, а не темного вещества - в современной Вселенной. Но количество материи, которое мы можем наблюдать с помощью оптических телескопов, гораздо меньше, чем прогнозировалось.
По словам члена команды Симоне Ферраро, также сотрудника Калифорнийского университета в Беркли, эта пропавшая материя может быть "обычным газом", распространившимся за пределы видимого пространства. «Газ никуда не исчез, он просто выброшен далеко за пределы того, что мы могли видеть раньше. Теперь у нас есть новые методы и новые данные, и мы можем заглянуть гораздо дальше», - говорит он.
Это открытие также может помочь устранить разногласия между двумя способами измерения плотности Вселенной. В первом случае для определения степени расширения Вселенной используются данные CMB и стандартная модель космологии, что дает более высокий результат, чем другой метод, измеряющий, насколько сильно гравитация галактик искривляет свет. Однако если повторить вычисления CMB, используя новые данные о распределении газа, то противоречие между двумя измерениями исчезнет, говорит Хаджиска. Тем не менее, для подтверждения этой гипотезы необходим более детальный анализ, считает она.
