Когато един физик ви каже, че "балансът е нарушен", обикновено има предвид, че уравненията на дъската не съвпадат с реалността на терена. При стандартния космологичен модел изчисленията за ранната Вселена след Големия взрив определят около 17 процента от цялото съдържание като барионна (обикновена) материя – протони, неутрони, електрони; същото онова вещество, от което са направени таблицата на Менделеев, планинските масиви и чашата с кафе на бюрото ви. Останалите 83 процента се падаха на неизменната хипотетична тъмна материя.
Проблемът започва, когато инженерите и астрономите започнат да броят реалния материал. Когато сумирате масата на светещите звезди, огромните газови облаци в спиралните ръкави и компактните обекти във всички видими галактики, се получава едва около десета част от очакваното количество бариони. Повече от половината обикновена материя просто липсваше от космическото счетоводство. В продължение на години в научните среди се прокрадваше хипотезата, че този газ виси някъде отвъд границите на галактическите дискове, разреден до такава степен, че нито един оптичен или рентгенов телескоп няма физическата чувствителност да го регистрира пряко. Междугалактическото пространство е толкова вакуумно, че няколко атома на квадратен метър са достатъчни, за да направят прякото наблюдение напълно невъзможно.
За да заобиколят този технологичен лимит, изследователите от международното сътрудничество CHIME/FRB, съвместно с физици от Кавли института към MIT, решиха да използват една специфична физическа уловка – така наречените бързи радиоизблици (Fast Radio Bursts или FRB). Това са транзиентни радиосигнали с времетраене от няколко милисекунди, произвеждани от изключително екстремни обекти в далечния космос. Когато такъв радиосигнал пътува през милиарди светлинни години, той не преминава през идеален вакуум. Той пресича свободни електрони, разпръснати в междугалактическия газ.
Това преминаване причинява физическо явление, известно като дисперсия. Високочестотната част от радиовълната преминава малко по-бързо през йонизираната среда, докато нискочестотната закъснява. Колкото повече материя и свободни електрони е срещнал сигналът по пътя си към Земята, толкова по-голямо е закъснението между честотите, когато те достигнат антените на повърхността. Чрез измерване на тази дисперсионна мярка ученият Хаоченг Уанг и колегите му практически превръщат всеки FRB сигнал в космически сондаж, който измерва плътността на веществото по цялата линия на визиране.
Централната инфраструктура за това изследване е радиотелескопът CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), разположен в Британска Колумбия, Канада. Неговата неподвижна полуцилиндрична конструкция от метална мрежа няма движещи се части, а използва дигитално формиране на лъча, за да сканира огромни участъци от северното небе всеки ден. CHIME картографира хиляди такива изблици, но само дисперсията не е достатъчна – трябваше да се разбере през какво точно са преминали тези сигнали.
За тази цел екипът съпостави данните от CHIME с картографирането на структурата на Вселената от спектроскопския инструмент DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). DESI разполага с точните триизмерни координати на милиони галактики. Чрез кръстосан математически анализ на лъчите от стотици FRB и тяхното разстояние спрямо близките и далечните галактически кластери, учените успели да изолират колко от дисперсията се дължи на вътрешната среда на самите галактики и колко на пространството между тях.
Резултатите показват, че търсеният газ наистина съществува, но разпределението му се разминава сериозно с досегашните теоретични модели. Оказва се, че липсващите бариони формират огромни, разтеглени ореоли около галактиките, простиращи се на разстояния до 4 милиона светлинни години от техните центрове. За сравнение, видимият диск на нашата галактика Млечен път е с диаметър малко над 100 000 светлинни години. Материята е изтласкана на разстояния, които са четиридесет пъти по-големи от самия размер на галактическата структура.
Това разкритие веднага отваря физически проблем пред астрофизиците. За да бъде изтласкано такова колосално количество газ толкова далеч в дълбокия cosmos, са необходими процеси с невъобразима енергийна плътност. Стандартните компютърни симулации на галактическата еволюция разчитат на така наречената "обратна връзка" (feedback) – енергията от експлозии на свръхнови и мощните релативистки струи (джетове) от плазма, изхвърляни от супермасивните черни дупки в ядрата на галактиките. Но настоящите измервания от MIT показват, че тези процеси са били много по-агресивни и бурни, отколкото залагахме в симулационните софтуери. Черните дупки и звездните образувания са действали като гигантски бутала, които систематично са "издухвали" барионната материя далеч навън в нищото.
Физическата реалност на терена показва, че моделите за образуване на структурите във Вселената са имали сериозни пробойни по отношение на енергийния си баланс. Точният механизъм, по който тези плазмени изблици надделяват над гравитационното привличане на галактическия хало и изтласкват водорода на милиони светлинни години, тепърва ще изисква преразглеждане на хидродинамичните уравнения в астрофизиката.
Твърденията, че въпросът с липсващата материя е окончателно затворен, вероятно са прекалено оптимистични. Инструментът CHIME и методологията с FRB доказаха, че концепцията работи, но тепърва предстои натрупването на по-голям обем от статистически данни. С навлизането на нови радиоастрономически комплекси и увеличаването на каталога от открити радиоизблици, геометрията на тези междугалактически облаци ще стане по-ясна. Засега обаче данните категорично сочат едно: галактиките не са изолирани острови в празнота, а изключително неспокойни и мръсни двигатели, които изхвърлят собствената си градивна материя дълбоко в нищото.
