Kosmiske udbrud afslører universer, der mangler stof

Astronomer har brugt mystiske hurtige radioudbrud til at løse et årtier gammelt mysterium om "manglende stof, "længst forudsagt at eksistere i universet, men aldrig før opdaget. Forskerne har fastslået, at alt det uforklarede normale stof findes i det store rum mellem stjerner og galakser, som beskrevet i dag i journalen Natur .

Hovedforfatter lektor Jean-Pierre Macquart, fra Curtin University node af International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) sagde, at astronomer har ledt efter det manglende stof i næsten 30 år.

"Vi ved fra målinger af Big Bang, hvor meget stof der var i universets begyndelse, " sagde han. "Men da vi så ud i det nuværende univers, vi kunne ikke finde halvdelen af, hvad der skulle være der. Det var lidt af en flovhed. Det intergalaktiske rum er meget sparsomt. Det manglende stof svarede til kun et eller to atomer i et rum på størrelse med et gennemsnitligt kontor. Så det var meget svært at opdage denne sag ved hjælp af traditionelle teknikker og teleskoper."

Forskerne var i stand til direkte at detektere det manglende stof ved hjælp af fænomenet hurtige radioudbrud - korte glimt af energi, der ser ud til at komme fra tilfældige retninger på himlen og varer i blot millisekunder. Forskere ved endnu ikke, hvad der forårsager dem, men det skal involvere utrolig energi, svarende til den mængde, solen frigiver på 80 år. De har været svære at opdage, da astronomer ikke ved, hvornår og hvor de skal lede efter dem.

Lektor Macquart sagde, at holdet opdagede det manglende stof ved at bruge hurtige radioudbrud som "kosmiske vejestationer."

"Strålingen fra hurtige radioudbrud spredes ud af det manglende stof på samme måde, som du ser sollysets farver adskilles i et prisme, " sagde han. "Vi har nu været i stand til at måle afstandene til nok hurtige radioudbrud til at bestemme universets tæthed. Vi manglede kun seks for at finde denne forsvundne sag."

Den manglende sag i denne sag er baryonisk, eller 'normalt' stof - som de protoner og neutroner, der udgør stjerner, planeter og mennesker. Det er anderledes end mørkt stof, som forbliver uhåndgribelig og tegner sig for omkring 85% af det samlede stof i universet.

Medforfatter professor J. Xavier Prochaska, fra UC Santa Cruz, siger, at videnskabsmænd uden held har søgt efter dette manglende stof med de største teleskoper i mere end 20 år. "Opdagelsen af ​​hurtige radioudbrud og deres lokalisering til fjerne galakser var de vigtigste gennembrud, der var nødvendige for at løse dette mysterium, " han sagde.

Lektor Ryan Shannon, en anden medforfatter fra Swinburne University of Technology, sagde nøglen var det anvendte teleskop, CSIROs Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) radioteleskop. "ASKAP har begge et bredt synsfelt, omkring 60 gange størrelsen af ​​fuldmånen, og kan afbilde i høj opløsning, " sagde han. "Dette betyder, at vi kan fange udbruddene med relativ lethed og derefter lokalisere deres værtsgalakser med utrolig præcision.

"Når udbruddet ankommer til teleskopet, den optager en live-action gentagelse inden for en brøkdel af et sekund, " sagde Dr. Keith Bannister fra Australiens nationale videnskabsagentur, CSIRO, som har designet det pulsfangstsystem, der blev brugt i denne forskning. "Dette gør det muligt for præcisionen at bestemme placeringen af ​​det hurtige radioudbrud til bredden af ​​et menneskehår holdt 200 meter væk, " han sagde.

Lektor Macquart sagde, at forskerholdet også havde fastlagt forholdet mellem, hvor langt væk et hurtigt radioudbrud er, og hvordan udbruddet spredes ud, når det rejser gennem universet. "Vi har opdaget, hvad der svarer til Hubble-Lemaitre-loven for galakser, kun for hurtige radioudbrud, " sagde han. "Hubble-Lemaitre-loven, som siger jo længere en galakse er fra os, jo hurtigere bevæger det sig væk fra os, understøtter alle målinger af galakser på kosmologiske afstande."

De hurtige radioudbrud, der blev brugt i undersøgelsen, blev opdaget ved hjælp af ASKAP, som er placeret ved Murchison Radio-astronomy Observatory i outback Western Australia. Det internationale hold involveret i opdagelsen omfattede astronomer fra Australien, USA og Chile. ASKAP er en forløber for det fremtidige Square Kilometer Array (SKA) teleskop. SKA kunne observere et stort antal hurtige radioudbrud, giver astronomer større mulighed for at studere den tidligere usynlige struktur i universet.

"En folketælling af baryoner i universet fra lokaliserede hurtige radioudbrud" blev offentliggjort i Natur den 28. maj, 2020.