Megtalálták a világegyetem rég keresett „hiányzó” anyagát

A világegyetem anyagának jelentős része eddig gyakorlatilag rejtve maradt a csillagászok elől. Bár tudták, hogy ott kell lennie valahol, senki sem látta pontosan, hol is bujkál. Most azonban egy nemzetközi kutatócsoport végre feltérképezte a régóta keresett „hiányzó” anyagot, amelyről kiderült: nem a galaxisokban, hanem a galaxisok közti űr végtelenjében, vékonyan szétoszlott gáz formájában rejtőzik.

A világegyetem anyaga két nagy kategóriába sorolható: sötét anyagra, amely láthatatlan, és létezését csak gravitációs hatásai alapján lehet kimutatni, valamint hétköznapi anyagra, amelyből bolygók, csillagok, galaxisok éspéldául mi magunk is felépülünk. A tudomány mai állása szerint az ismert anyagok mindössze 15 százalékát teszik ki a teljes anyagmennyiségnek, ám a csillagászok eddig ennek is csak körülbelül a felét találták meg.

A rejtély megoldásában 69 távoli kozmikus rádiókitörés – úgynevezett Fast Radio Burst (FRB) – segített, amelyek rádióhullámai áthaladtak a világűr anyagán, és annak hatására jellegzetesen módosultak. Az anyag hatással van a rádióhullámok terjedésére, és a kutatók ezt a finom jelet használták fel arra, hogy bemérjék a különböző anyagsűrűségeket a galaxisok közti térben.

A csapat eredményeit a Nature Astronomy folyóiratban tették közzé. Liam Connor, a Harvard Egyetem csillagásza és a tanulmány vezető szerzője így fogalmazott: „A kérdés, amellyel évtizedek óta küzdöttünk, az volt: hol rejtőzik a világegyetem hétköznapi anyagának fele? Úgy tűnik, a válasz: egy ritka, pókhálószerű szerkezetben, messze a galaxisoktól.”

A sötét anyag továbbra is megfoghatatlan

A „hiányzó” anyag döntő többsége az intergalaktikus térben található, ahol gyenge, szinte láthatatlan gáz formájában szétoszlva alkotja a világegyetem szövedékét. Emellett egy kisebb rész a galaxisok körül található anyagfelhőkben, úgynevezett galaktikus halókban, míg csupán a maradék koncentrálódik magukban a galaxisokban csillagok és bolygók formájában.

A hétköznapi anyagot barionok alkotják – ezek a protonokból és neutronokból álló részecskék építik fel az atomokat, így bolygókat, embereket, csillagokat. Ezzel szemben a sötét anyag továbbra is megfoghatatlan: jelenlétét ugyan közvetve észleljük, de pontos természetét és összetevőit máig homály fedi.

A kutatók szerint az, hogy a világegyetem hétköznapi anyaga ilyen szétszórt állapotban található meg, a kozmikus erőszakos események következménye. Szupernóva-robbanások és szupermasszív fekete lyukak által kiváltott anyagkilökődések hatalmas mennyiségű gázt fújtak ki a galaxisokból a világűrbe.
„Ha a világegyetem egy nyugodtabb hely lenne, vagy a fizika törvényei máshogyan működnének, lehet, hogy minden anyag szépen a galaxisokba húzódna, és ott csillagokká sűrűsödne. De nem ez történt” – tette hozzá Connor.

Végre továbbléphetünk az igazán fontos kérdésekre

Az anyag ráadásul nem is hagyományos állapotában, hanem plazmaként van jelen: a protonok és elektronok különválva, ionizált gázként lebegnek a galaxisok közötti térben. Az FRB-k rádióhullámai azonban pontosan feltérképezhetővé tették ezt a közeget, hiszen ahogy a hullámok áthaladnak rajta, kissé lelassulnak és szóródnak, épp úgy, ahogyan a fény is eltérül, ha egy prizma színeire bontja.

A tanulmány 69 FRB jelet vizsgált meg, ezek közül 39-et a kaliforniai Owens Valley Rádióobszervatórium 110 antennából álló hálózata észlelt, a többit más rádióteleszkópok. A legmesszebbi rádiókitörést 9,1 milliárd fényévre találták a Földtől – ez új rekordnak számít az FRB-k észlelésének történetében. Csak összehasonlításképp: egy fényév mintegy 9,5 billió kilométert jelent.

Az új eredmények alapján a hétköznapi anyag eloszlása így fest: 76 százaléka a galaxisok közti térben, 15 százaléka a galaxisokat körülvevő halókban, a fennmaradó 9 százalék pedig magukban a galaxisokban található, jellemzően csillagok és gáz formájában. Connor szerint most, hogy a hétköznapi anyag sorsa tisztázódott, újabb rejtélyek felé fordulhat a figyelem: „Most végre továbbléphetünk az igazán fontos kérdésekre. Például hogy mi is pontosan a sötét anyag, és miért olyan nehéz közvetlenül kimutatni?”

Az FRB-k pontos eredete máig vita tárgya,

de egyre több kutató hajlik arra, hogy ezek a különleges rádiókitörések mágneses neutroncsillagokból, vagyis magnetárokból származnak. Ezek az elképesztően sűrű és erős mágneses térrel rendelkező objektumok akkor jönnek létre, amikor egy nagy tömegű csillag szupernóvaként felrobban, és hátrahagy egy parányi, de rendkívül energikus maradványt. Az FRB-k tanulmányozása tehát nemcsak az univerzum szerkezetét, hanem a csillagok halálának titkait is közelebb hozhatja hozzánk.