Как быстрые радиовсплески могут раскрыть тайны темной материи и энергии

Быстрые радиовсплески (FRBs) представляют собой кратковременные, но мощные выбросы радиоволн, которые, как предполагается, возникают от быстро вращающихся мертвых звезд с сильнейшими магнитными полями, известных как магнитары. Эти всплески, путешествуя миллиарды световых лет до Земли, проходят через плотные облака газа и пыли в галактиках, что изменяет оригинальный сигнал FRB. Таким образом, эти радиоволны несут в себе «отпечатки» распределения материи во Вселенной.

Влияние FRBs на космологию

Анализируя распределение и «комковатость» обычной материи в галактиках, ученые могут проследить распределение темной материи, влияние темной энергии и массу нейтрино. Критти Шарма, аспирант, работающий под руководством профессора астрономии Вика Рави из Калифорнийского технологического института (Caltech), отметил: «Мы установили, что FRBs являются ведущим инструментом для изучения распределения материи во Вселенной». Эти данные могут быть использованы для улучшения космологических экспериментов, направленных на ответ на вопросы о темной материи, темной энергии и массе нейтрино. В рамках данного исследования Рави и Шарма проанализировали выборку из около 100 FRBs. Это стало первым случаем, когда ученые использовали FRBs для прямого измерения воздействия так называемой «обратной связи» от галактик на комковатость материи в крупных масштабах между галактиками.

Темная материя и темная энергия

Обычная материя, состоящая из атомов, включает электроны, протоны и нейтроны, и составляет всего около 5% энергетического бюджета Вселенной. Остальные 95% составляют темная энергия (68%) и темная материя (27%). Учитывая это, неудивительно, что ученые стремятся лучше понять эти два аспекта космоса, иногда объединяемые под термином «темная Вселенная». Вторыми по распространенности частицами во Вселенной, после фотонов, являются нейтрино, получившие прозвище «призрачные частицы» из-за их редкого взаимодействия с другими частицами. Около 100 триллионов нейтрино проходят через ваше тело каждую секунду, не оставляя следов. Это возможно благодаря тому, что нейтрино практически безмассовы, и ученые стремятся точно измерить их массу.

Влияние обратной связи на комковатость материи

Эти три загадочных элемента космоса играют важную роль в эволюции крупных космических структур, таких как галактики и скопления галактик. Измерение кластеризации материи может раскрыть детали о тех аспектах Вселенной, которые повлияли на эту кластеризацию. Однако для этого ученым необходимо понять, как другие факторы сглаживают комковатость космической материи. К таким факторам относится энергия, выделяемая сверхмассивными черными дырами в центрах галактик, что также влияет на распределение материи. Рави отметил: «Процесс обратной связи разрежает газ вокруг галактик, перераспределяя материю на огромные расстояния. Он сглаживает комки материи таким образом, который удивительно похож на то, что делают массивные нейтрино или что предсказывают теории темной энергии и темной материи». Без независимого измерения этого вклада от обратной связи ученые не могут различить эти эффекты.

Перспективы будущих исследований

Исследователи обнаружили, что, хотя галактическая обратная связь действительно сглаживает окружающий материал, делая его менее комковатым, этот эффект слабее, чем было измерено ранее. «Наш анализ FRBs показывает, как газ, выбрасываемый астрофизической обратной связью, подавляет космическую структуру», — сказала Элизабет Крауз из Университета Аризоны. «Это удивительно, учитывая, что у нас было всего около 100 FRBs в нашей выборке. Это только начало». В 2029 году запуск глубокого синоптического массива (Deep Synoptic Array, DSA) в Неваде может значительно ускорить исследования Вселенной с помощью FRBs. Этот мощный радиотелескоп ожидает обнаружить десятки тысяч FRBs, что станет значительным подспорьем для космологии. Исследование команды было опубликовано 8 сентября в журнале Nature Astronomy.