Odkrycie brakującej części materii we Wszechświecie

1

Zespół naukowców potwierdził słuszność obecnego modelu dystrybucji materii we Wszechświecie dzięki pierwszej w historii identyfikacji źródła szybkiego błysku radiowego (Fast Radio Burst, FRB).

Zjawisko szybkiego, pozagalaktycznego błysku radiowego (FRB) zostało zaobserwowane 18 kwietnia 2015 roku przez organizację Commonwealth Scientific and Industrial Reseearch Organisation (CSIRO), która wykorzystała przy tym 64-metrowy radioteleskop Parkes w Australii. Obserwacja ta wywoła alarm i wkrótce wiele innych obserwatoriów, m.in. Australian Telescope Compact Array (ATCA), zwróciły swoje detektory ku prawdopodobnej lokalizacji FRB.

Sygnały FRB to tajemnicze, jasne błyski radiowe, które trwają zazwyczaj kilka milisekund. Geneza ich występowania jest wciąż nieznana, a naukowcy zebrali całą listę zjawisk, które mogą być z nimi powiązane. Błyski FRB są niezwykle trudne w detekcji. Przed opisywanym w tym artykule zjawiskiem zaobserwowano wcześniej jedynie szesnaście takich wydarzeń.

W przeszłości błyski FRB znajdywane były miesiące a nawet lata po ich rzeczywistym zajściu w toku prowadzonych analiz zebranych materiałów naukowych. Dalsze obserwacje miejsc błysków FRB w takiej sytuacji były niemożliwe. W związku z tym naukowcy z Swinburne University of Technology w Australii opracowali metodologię pozwalającą na prowadzenie detekcji i obserwacji sygnałów FRB w sekundy po ich wystąpieniu, z jednoczesnym zaalarmowaniem innych obserwatoriów celem poszukiwania powiązanych zjawisk i efektów.

Zdjęcie pokazujące pola widzenia różnych obserwatoriów. Po lewej podgląd z Parkes Radio Telescope. Po prawej kolejne, coraz bardziej szczegółowe ujęcia przedstawiające rejon błysku radiowego (na dole po prawej zdjęcie z teleskopu Subaru z elipsami wskazującymi obszar obserwowanego spadku jasności po detekcji błysku). Źródło: D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO).

Zdjęcie pokazujące pola widzenia różnych obserwatoriów. Po lewej podgląd z Parkes Radio Telescope. Po prawej kolejne, coraz bardziej szczegółowe ujęcia przedstawiające rejon błysku radiowego (na dole po prawej zdjęcie z teleskopu Subaru z elipsami wskazującymi obszar obserwowanego spadku jasności po detekcji błysku). Źródło: D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO).

Właśnie przy opisywanym w niniejszym artykule błysku wykorzystano sześć 22-metrowych radioteleskopów obserwatorium ATCA, dzięki czemu udało się ustalić lokalizację sygnału FRB najdokładniej w historii. Radioteleskopy ATCA zaobserwowały poświatę po błysku FRB, która utrzymywała się przez sześć dni. Określona lokalizacja zjawiska jest tysiąc razy bardziej dokładna od wcześniej przeprowadzonych estymacji.

Członkowie zespołu badawczego z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii (NAOJ) na Uniwersytecie Tokijskim i Uniwersytecie Konan przenalizowali następnie zdjęcia optyczne rejonu wystąpienia FRB, które zostały wykonane następnego dnia po zajściu błysku. Wykorzystano w tym celu 8,2-metrowy teleskop Subaru na Hawajach.

Zdjęcia ukazały prawdopodobne źródło zjawiska – eliptyczną galaktykę oddaloną od nas o 6 miliardów lat świetlnych. Odległość została ustalona spektroskopowo po pomiarze przesunięcia ku czerwieni. Jednocześnie sam błysk FRB naprowadził na inne ciekawe kwestie związane z otaczającym nas Wszechświatem.

Opóźnienie w drodze, jaką przebył sygnał radiowy z błysku FRB, wskazuje na ilość materiału, jaka znalazła się na drodze przejścia. Z informacji o gęstości środowiska pomiędzy Ziemią a źródłem FRB naukowcy mogli uzyskać informacje „ile waży Wszechświat”, albo przynajmniej ile normalnej (widzialnej i dającej się zaobserwować dostępną technologią) materii zawiera. W toku tych działań wykorzystywany jest dostępny model dystrybucji masy Wszechświata.

Diagram pokazujący narastające opóźnienie w dotarciu sygnału radiowego do Ziemi (funkcja częstotliwości). Opóźnienie jest spowodowane natrafieniem na materię w drodze z źródła do Ziemi. Źródło: E.F.Keane (SKAO).

Diagram pokazujący narastające opóźnienie w dotarciu sygnału radiowego do Ziemi (funkcja częstotliwości). Opóźnienie jest spowodowane natrafieniem na materię w drodze z źródła do Ziemi. Źródło: E.F.Keane (SKAO).

Obecnie zakłada się, że Wszechświat w 70% składa się z ciemnej energii, w 25% z ciemnej materii oraz w 5% ze zwykłej, znanej nam materii. Naukowcy poprzez obserwację gwiazd, galaktyk i wszechobecnego wodoru wyliczyli, że jak na razie jesteśmy w stanie potwierdzić obecność połowy zwykłej materii (a zatem 2,5%). Reszta pozostawała do tej pory trudna w detekcji.

Teraz jednak dzięki obserwacji błysku FRB i weryfikacji dystrybucji masy we Wszechświecie, naukowcy ogłosili, że „brakująca materia” jest obecna – przynajmniej w przebadanym liniowo obszarze Wszechświata. W ten sposób jedno astrofizyczne zjawisko (FRB) posłużyło do wyjaśnienia innego, z obszaru kosmologii.

Natura zjawisk FRB pozostaje w tym momencie wciąż nieznana. Z czasem danych o większej dokładności będzie przybywało, więc odpowiedź będzie coraz bliżej. W poszukiwaniach pomogą nowe obserwatoria, takie jak Thirty Meter Telescope, a może nawet… dalsze badania fal grawitacyjnych. Jedna z hipotez zakłada, że błyski FRB mogą być również źródłami tego potwierdzonego ostatnio zjawiska.

(NASA)

Przekaż dalej

1 komentarz

  1. “Opóźnienie w drodze, jaką przebył sygnał radiowy z błysku FRB, wskazuje na ilość materiału, jaka znalazła się na drodze przejścia” – a skąd niby wiadomo kiedy ów rozbłysk nastąpił żeby wyliczyć opóźnienie sygnału? Dopiero grafika wyjaśnia, że chodzi o opóźnienie sygnału w zależności od jego częstotliwości. Przydałoby się lepiej przetłumaczyć artykuł lub podczas pisania pomyśleć, że nie wszyscy czytelnicy są absolwentami astrofizyki.
    Nie zmienia to faktu, że artykuł jest bardzo ciekawy i odkrycie w nim opisane przybliża nas być może do lepszego zrozumienia Wszechświata.