Астрофизики решили проблему недостающих барионов

Ученые обнаружили существенные количества обычной (барионной) материи в виде горячего рассеянного газа между галактиками. Суммарно в таком виде должно находиться около половины вещества во Вселенной, поэтому обнаружение позволяет согласовать наблюдения и теорию. Препринты статей двух коллективов опубликованы на сайте arXiv.org.

Согласно современным представлениям, Вселенная состоит из трех основных компонентов: темная энергия (68,3%), темная материя (26,8%) и обычная материя (4,9%), в которую входят все известные из физики частицы: нейтроны, протоны, электроны, нейтрино и так далее. Природа первых двух компонентов остается неясной, так как их непосредственное изучение невозможно, а наличие определяется косвенными методами. Но барионной материи, из которой состоят все планеты, звезды и другие небесные объекты, астрономы находили во Вселенной примерно в два раза меньше, чем предполагалось. Это существовавшая годами неувязка получила название проблемы недостающих барионов.

В паре новых работ астрономы описывают обнаружение большого количества разреженного газа в виде нитевидных структур — филаментов — между галактиками. Вместе со скоплениями галактик филаменты образуют крупномасштабную структуру Вселенной. Плотность этого газа весьма мала (всего в несколько раз больше средней по Вселенной), а температура недостаточно велика для излучения в рентгеновском диапазоне. Астрономы еще не изобрели подходящего инструмента для прямого наблюдения этого газа, поэтому для регистрации пришлось пользоваться другими методами.

Обе команды использовали эффект Зельдовича — Сюняева, который заключается в том, что интенсивность реликтового излучения при взаимодействии с горячими электронами незначительно изменяется вследствие обратного комптоновского рассеяния. Обычно этим явлением пользуются для обнаружения скоплений галактик, для которых он достаточно велик, но в новых работах авторы накладывали изображения пар галактик для суммирования эффекта от газа между ними. В одной работе было изучено 260 000 пар, в другой — более миллиона. Их отбирали на основе изображений из Слоановского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey — SDSS), а данные по реликтовому излучению — из наблюдения спутника Planck. Результаты обеих работ согласуются друг с другом, что позволило главному автору одной из работ Хидэки Танимура сказать, что «проблема недостающих барионов решена».