Международная группа космологов и радиоастрономов впервые получила прямые наблюдательные данные о содержании барионного («обычного») вещества внутри космических войдов (Cosmic voids) — гигантских областей пространства, в которых почти нет галактик. Анализ показал, что плотность барионной материи в центральных частях таких областей примерно на 60% ниже среднего значения по Вселенной.
В отличие от галактик и скоплений галактик, где вещество постоянно участвует в сложных и хаотичных процессах, войды эволюционируют значительно спокойнее. Благодаря этому они сохраняют информацию об условиях ранней Вселенной и позволяют проверять модели тёмной энергии, гравитации и роста космической структуры. Однако до сих пор астрономы не могли напрямую измерить, сколько «обычного» вещества содержится внутри этих регионов. Основное внимание уделялось распределению галактик и тёмной материи, тогда как барионный состав пустот оставался плохо изученным.
Для решения этой задачи учёные использовали быстрые радиовсплески (FRB) — короткие и чрезвычайно мощные радиовсплески. По мере прохождения через межгалактическое пространство сигнал взаимодействует со свободными электронами, что позволяет оценить количество вещества на его пути. Если луч проходит через область с повышенной плотностью материи, то задержка сигнала увеличивается. Если же он пересекает космическую пустоту, то возникает характерный дефицит.
Для анализа учёные объединили данные двух крупнейших космологических проектов. Первый — канадский радиотелескоп CHIME/FRB, зарегистрировавший более трёх тысяч быстрых радиовсплесков, которые проходят через межгалактическую среду и несут информацию о её плотности. Второй — обзор SDSS BOSS, на базе которого создана детальная трёхмерная карта распределения галактик, на основе которой были выделены 1288 космических пустот — крупнейших недоуплотнённых областей космической паутины. Совмещение этих двух наборов данных позволило впервые напрямую связать прохождение радиосигналов с геометрией космических войдов. После статистической обработки данных учёные получили первое наблюдательное подтверждение того, что внутри войдов действительно существует заметный дефицит барионов.
Полученные результаты показывают, что распределение обычного вещества в целом повторяет распределение тёмной материи даже в самых разреженных регионах космической паутины. По оценкам авторов, плотность свободных электронов в центральных областях войдов снижена примерно на 58% относительно среднего космического уровня.
Исследование позволило получить и дополнительную информацию о состоянии вещества внутри пустот. Сопоставив новые данные с измерениями теплового эффекта Сюняева-Зельдовича, который используется для изучения горячего межгалактического газа, учёные оценили температуру электронной компоненты примерно в 1,1 миллиона кельвинов. Это указывает на присутствие разреженной тепло-горячей межгалактической среды, которая считается одним из основных резервуаров обычного вещества во Вселенной.
Авторы также отмечают, что результаты согласуются с моделями, согласно которым часть газа постепенно вытесняется из галактик и их гало в межгалактическое пространство под воздействием процессов обратной связи, связанных с активными ядрами галактик и вспышками звездообразования.
Работа стала первым прямым наблюдательным измерением барионного дефицита в космических пустотах и одновременно демонстрацией нового инструмента для изучения структуры Вселенной. С вводом в строй радиотелескопов следующего поколения — CHORD, DSA и SKA — а также благодаря данным проектов Euclid и DESI астрономы рассчитывают перейти от усреднённых оценок к трёхмерному картированию распределения вещества внутри крупнейших известных войдов. Это может превратить самые пустые области Вселенной в один из наиболее точных инструментов для изучения тёмной энергии, массы нейтрино и эволюции космической структуры.