Odnaleziono połowę brakującej materii wszechświata

Jedną z największych zagadek współczesnej kosmologii jest skład wszechświata. Masa wszystkich obserwowanych gwiazd, czarnych dziur, galaktyk czy gromad galaktyk nie jest wystarczająca, by wyjaśnić m.in. zmianę prędkości jego ekspansji. Dlatego też jeszcze przed końcem poprzedniego wieku astronomowie zaproponowali pojęcie ciemnej energii jako ważnego elementu całkowitej masy wszechświata. Oprócz ciemnej materii miał to być ważny lub nawet przeważający element całkowitej masy naszego uniwersum, gdyż mniej niż 5 proc. masy wszechświata to zwyczajne atomy - te, z których są zbudowane gwiazdy i planety. Natomiast przewiduje się, że mniej niż 24 proc. masy wszechświata to ciemna materia, która miała by być bardziej nietypowa (w astronomii się używa określenia “egzotyczna") w porównaniu z materią barionową, która tworzy znane nam atomy.

Poszukiwania zarówno ciemnej materii jak i ciemnej energii dotychczas nie przynosiły rezultatów. Misje takie jak Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) czy Planck obserwowały mikrofalowe promieniowanie tła. Astronomowie podejrzewali, że istnieje możliwość detekcji pewnych zniekształceń tego tła podczas przechodzenia fotonów przez ciemną materię, jednak do 2017 roku nie udało się odnaleźć dowodów.

Na początku października tego roku specjalistyczne media poinformowały, że dwie niezależne grupy astronomów doszukały się mniej więcej połowy brakującej materii we wszechświecie. Te grupy naukowców to zespół pod przewodnictwem Hideki Tanimury z francuskiego Instytutu Astrofizyki w Orsay oraz zespół pod przewodnictwem Anny de Graaff z Uniwersytetu w Edynburgu.

Co ciekawe, obie grupy zgodnie odpowiadają - około połowa brakującej materii to wcale nie egzotyczna ciemna materia ale materia barionowa. Ta materia została wykryta w formie bardzo rozproszonych wrzecion chłodnego gazu pomiędzy różnymi galaktykami. Dotychczas nie było możliwe wykrycie tej materii, gdyż była ona zbyt chłodna dla pomiarów, np na paśmie fal rentgenowskich. Ich wykrycie okazało się możliwe dzięki efektowi Siuniajewa-Zeldowicza. Polega on na bardzo niewielkim rozproszeniu światła podczas przejścia przez gaz, co pozostawiło pewne ślady na obrazie mikrofalowego tła wszechświata.

Obie grupy postanowiły skorzystać z danych przeglądu nieba z Sloan Digital Sky Survey  (SDSS). Grupa Tanimury poddała analizie dane z 260 tysięcy par galaktyk, natomiast grupa de Graaff przeanalizowała ponad milion par galaktyk. Obu grupom udało się wykryć delikatne wrzeciona gazu pomiędzy galaktykami. Grupa Tanimury wyliczyła, że gęstość gazu w tych wrzecionach jest około 3 razy większa niż gęstość materii w pozostałej przestrzeni pozagalaktycznej. Z kolei grupa de Graaff wyliczyła, że gęstość jest około 6 razu większa.

Te dwie publikacje sugerują, że ogólne modele formacji i ewolucji galaktyk oraz grup galaktyk są poprawne. Oznacza to także, że możliwe są obserwacje dużej części materii wszechświata, co pozwala na lepsze zrozumienie struktury różnych gromad galaktycznych i co za tym idzie - lepsze zrozumienie interakcji galaktyk pomiędzy sobą.