Timp de decenii, o întrebare i-a frământat pe astrofizicieni: unde dispăruse jumătate din materia „normală” a Universului? Această materie, numită barionică (cea care compune stelele, planetele, ființele umane…), era de negăsit în observații. Dar astăzi, grație unei descoperiri spectaculoase care utilizează un fenomen astrofizic la fel de scurt pe cât de luminos – exploziile radio rapide – cercetătorii au găsit în sfârșit ascunzătoarea ei. Spoiler: plutea între galaxii încă de la început. Când vorbim despre materia lipsă, ne gândim adesea la faimoasa materie întunecată, invizibilă, dar dominantă în Univers. Dar ceea ce discutăm aici este mult mai „normal”: materia barionică, cea compusă din protoni și neutroni. Conform modelelor cosmologice, se poate estima cu precizie cantitatea totală de materie obișnuită pe care o conține Universul. Problema? Astronomii găseau doar jumătate din această materie în galaxii și stele. Cealaltă jumătate, deși se presupunea că există, rămânea de negăsit.
Multă vreme, oamenii de știință au bănuit că aceasta se ascundea în mediul intergalactic (IGM): o imensă rețea de gaz fierbinte și difuz care leagă galaxiile în ceea ce se numește pânza cosmică. Dar acest gaz, extrem de rarefiat, scăpa instrumentelor tradiționale, precum telescoapele optice sau cu raze X. Era nevoie, așadar, de o nouă metodă pentru a „vedea invizibilul”. Aici intervin izbucnirile radio rapide, sau FRB (Fast Radio Bursts). Aceste fenomene cosmice, descoperite în 2007, sunt fulgere radio ultra-scurte (de câteva milisecunde), dar incredibil de puternice, emise de galaxii foarte îndepărtate. Când un FRB traversează Universul, traversează și tot ceea ce conține acesta: galaxii, nori de gaz… și, mai ales, IGM. Pe parcurs, semnalul său este încetinit și dispersat de electronii liberi prezenți în aceste regiuni. Măsurând cu mare precizie această întârziere, astronomii pot deduce câtă materie a traversat FRB. Cu alte cuvinte, FRB-urile sunt ca niște raze laser cosmice care scanează spațiul și revelează densitatea gazului pe care îl întâlnesc.
O echipă de astrofizicieni de la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian și Caltech a publicat recent în Nature Astronomy un studiu istoric bazat pe 60 de FRB detectate de radiotelescoape de nouă generație. Distanțele acestor FRB variau de la 11 milioane la peste 9 miliarde de ani-lumină (cea mai îndepărtată observată până în prezent). Analizând încetinirea semnalului pentru fiecare explozie, cercetătorii au cartografiat materia barionică pe distanțe colosale. Concluzia lor este fără echivoc: aproximativ 76% din toată materia obișnuită din Univers este prezentă în mediul intergalactic, sub formă de gaz cald și difuz. Restul se împarte între halourile galaxiilor (15%) și materia mai densă a stelelor sau a gazului rece (câteva procente).
Rezolvarea problemei barionilor lipsă nu este doar un simplu „inventar cosmic”. Aceasta are implicații profunde pentru înțelegerea: modului în care se formează și evoluează galaxiile; modului în care se distribuie materia în univers; cum călătorește lumina prin spațiu de miliarde de ani. Cercetătorii au confirmat, de asemenea, un aspect cheie al retroacțiunii cosmice: exploziile stelare și jeturile de găuri negre supermasive pot ejecta gaz din galaxii către IGM, împiedicând uneori formarea de noi stele. Aceste procese, presupuse de mult timp, sunt acum susținute de observații directe.
FRB-urile ar putea deveni instrumentul preferat al cosmologilor. Cu instrumente precum Deep Synoptic Array sau DSA-2000, astronomii speră să detecteze mii de FRB-uri în următorii ani. Acest lucru va permite cartografierea materiei invizibile a Universului cu o precizie fără precedent. „Intrăm în epoca de aur a cosmologiei FRB”, rezumă Vikram Ravi, coautor al studiului.
Poll: Care este locul cel mai probabil în care se găsește jumătate din materia barionică a Universului?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply