„Krizės išvengta!” - intriguojantis eksperimentas parodė, jog paslaptingieji radijo blyksniai „patvirtina prognozę”, kas darosi su materija

Kosmologų skaičiavimais, maždaug pusė visatos „normalios“ materijos  — sudarančios žvaigždes, planetas ir netgi mus — egzistuoja kaip tik kaip tarpgalaktinėje erdvėje skrajojančios medžiagos užuominos. Bet astronomai ligi šiol to negalėjo patvirtinti. Naujame tyrime tarpgalaktinės medžiagos pasvėrimui panaudoti greiti radijo blyksniai (FRB) — galingi, iš tolimų galaktikų atskriejantys milisekundiniai radiobangų impulsai — ir rezultatai atitiko prognozes.

„FRB panaudojimas zondavimui jau senokai vertintas kaip jaudinanti perspektyva,” sako šiame darbe nedalyvavęs astronomas Paulas Scholzas iš Toronto universiteto,. „Dabar, sukūrus lokalių FRB pavyzdžius, randasi galimybė tai įgyvendinti. Ir tai išties jaudina.”

Per kelis pastaruosius dešimtmečius kosmologai atliko visatą sudarančios medžiagos inventorizaciją. Maždaug 68% yra tamsioji energija, paslaptinga jėga, spartinanti visatos plėtimąsi. Kiti 27% yra galaktikas kartu laikančiostamsiosios materijos santalkos. Vadinamoji normali materija sudaro vos 5%.

Kosmologai žino, kiek turėtų būti normalios materijos; jie gali paskaičiuoti iš to, koks turėjo būti didysis sprogimas ir iš po kosmosą tebeskambančių šio įvykio mikrobangų atgarsių. Bet matomos švytinčios galaktikos ir tankūs dujų debesys tėra maždaug pusė. Likusios pusės, retų tarpgalaktinių dujų, kai įprastinio biuro erdvėje sklando vos vienas ar du atomai, aptikti buvo praktiškai neįmanoma.

Tokia padėtis laikėsi iki pirmojo FRB užfiksavimo 2007. Kadangi šie sporadiniai blyksniai yra tokie ryškūs ir trumpi, iš pradžių manyta, kad FRB yra instrumentų sutrikimai, ar kad jie randasi Žemėje. (Dalis ankstyvųjų „FRB” atlėkė iš obsevatorijos mikrobangų krosnelės.) Bet vis daugėjant aptinkamų FRB, astronomai suprato, kad jie atskrieja iš tolimų visatos kampelių. Nustatyti, iš kur tiksliai, buvo sunku, nes jie buvo reti: kad jis būtų užfiksuoti, stebėtojai turi žiūrėti tiksliai jų atskriejimo kryptimi, o kitiems stebėtojams nukreipti tinkama kryptimi nebūtų laiko. Dabar nuolat didelius dangaus plotus stebintys teleskopai užfiksuoja daugiau FRB.

FRB atskleidė savo tolimą gimtinę per fenomeną, vadinamą dispersija. FRB prasideda kaip sukimštų dažnių ruožas, bet sklisdamas „jis jaučia kiekvieną elektroną savo kelyje,” sako šiame darbe nedalyvavusi astronomė Sarah Burke-Spolaor iš Vakarų Virginijos universiteto. Žemesni dažniai patiria didesnį pasipriešinimą, nei aukšti, tad pulsui pasiekus radioteleskopą Žemėje, žemi dažniai atsilieka. Atsilikimo dydis parodo astronomams, kiek elektronų pulsas sutiko savo kelyje, o tai koreliuoja su bendru materijos kiekiu.

Ši technika gali parodyti materijos tankį kosmose, bet tik jei žinomas atstumas iki FRB šaltinio. Lig šiol buvo nustatyta vos kelių FRB šaltinių kilimo vieta — dėl to, kad jie buvo reti, pasikartojantys FRB, ar dėl to, kad jie buvo aptikti teleskopų masyvu, galinčiu į šaltinio galaktiką sufokusuoti daug instrumentų. Astronomų komanda praneša apie keturių naujų FRB ir jų galaktikų atradimą Australijos kvadratinio kilometro masyvu (ASKAP) iš 36 radioantenų Vakarų Australijoje.

Naudodami šiuos FRB ir vieną nustatytą anksčiau, mokslininkai paskaičiavo normalios materijos tankį dideliuose vietinės visatos plotuose. Tyrėjai išsiaiškino, kad ekstrapoliuojant šiuos duomenis visai visatai, normalios materijos pakanka padengti teoriškai numatytą, trūkstamą jos pusę

„Išvysti, kad FRB eksperimentas veikia taip gerai netgi su maža imtimi buvo kartu ir keista ir malonu,” pažymi komandos narys Xavier Prochaska iš Kalifornijos universiteto Lick observatorijos. „Jis patvirtino šį fundamentalų kosmologijos aspektą. Krizės išvengta!”

FRB technika gali būti panaudota ir atsekti materijos tankio variacijas visatoje. Tai galėtų padėti teoretikams suprasti, kaip materija sukimba į „kosminį tinklą“, per visatą nusidriekusias galaktikų spiečių gijas. Kol kas astronomai gali stebėti švytinčias tinklo galaktikas, bet ne dujas tarp jų. ASKAP tyrėjai tikisi per kitus metus surinkti maždaug kolekciją iš maždaug 100 FRB su žinomais šaltiniais, tada jie žinos ne tik tai, kad ten yra normali materija, bet ir tikslią jos slapstymosi vietą.

Daniel Clery
www.sciencemag.org

doi:10.1126/science.abd0298