Niby wiesz, że masz wszystkie składniki zupy – ale nigdzie nie możesz znaleźć połowy marchwi. Nie ukradł jej sąsiad. Nie zniknęła w odmętach kuchni. Po prostu... nie wiesz, gdzie jest. Taki właśnie problem mieli przez dekady astronomowie. Tylko że zamiast marchwi brakowało im połowy zwykłej materii we Wszechświecie. Pewnie zastanawiacie się: "jak to jest, że przy obecnej technologii zdołaliśmy "zgubić" połowę zwykłej materii w kosmosie?!", prawda?
Zacznijmy od tego, że nie mówimy o ciemnej materii – tej, która za Chiny Ludowe nie chce rozmawiać ze światłem i stanowi 85% masy kosmosu. Ten konkretny przypadek dotyczy materii barionowej, czyli "naszej". Tej, z której składamy się my: np. atomy wodoru, helu, tlen, czegokolwiek. A jednak... jej połowa poszła, jakby to powiedzieć, gdzieś w dalekie pierony.
Kosmologowie przez lata tłumaczyli: wszystko się zgadza w teoriach, ale brakuje danych obserwacyjnych. Symulacje przewidywały, że materia barionowa powinna być rozproszona "gdzieś" między galaktykami. Trochę jak kurz w bardzo starej, zaniedbanej katedrze: czyli i wszędzie i nigdzie zarazem. Większości z tego nie mieliśmy możliwości i sposobności zobaczyć.
Wtem, pojawiły się szybkie rozbłyski radiowe. Czyli te tzw. FRB. Trwają milisekundy, ale niosą energię równą 30-letniemu promieniowaniu Słońca. Skąd pochodzą? Nie wiemy. Czasem "nadają" tylko raz. Błysk i cisza.
Ale FRB mają jedną cudowną cechę: prześwietlają wszechświat jak rentgen. Przechodząc przez rozrzedzone międzygalaktyczne pyły, ich światło zwalnia, rozciąga się, a każde wahnięcie w parametrach to sygnał: "tu coś było". Chociaż same rozbłyski są ulotne, ich ślady to matematyczne cienie materii.
Connor, Ravi i zespół z Caltech i Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics wykorzystali 69 FRB, zlokalizowanych od 11,7 miliona do ponad 9 miliardów lat świetlnych. Mocno pomogła sieć Deep Synoptic Array z 110 radioteleskopami, zbudowana specjalnie do łapania FRB. Przy okazji w eksperymencie wzięły także Keck, Palomar, ASKAP w Australii. Cała orkiestra patrzyła w niebo i słuchała sygnałów z kosmosu. Badacze doskonale wiedzieli, czego szukają. No i znaleźli — w końcu.
Kiedy FRB przelatuje przez międzygalaktyczne chmury, jego fale rozwarstwiają się niczym światło w pryzmacie. Im więcej materii, tym silniejszy rozrzut długości fal. To tak, jakby widzieć cień przez mgłę (nie, nie chodzi o "ostry cień mgły): może nie widać dokładnie, o kogo chodzi — ale pewne jest to, że ktoś tam się znajduje.
W skrócie: FRB to światło padające "z tyłu". Natomiast materia barionowa jest tu cieniem. Z tego, jak cień się układa, można zrekonstruować kształt i masę czegoś, czego nie widać gołym okiem. W sposób karkołomny, ale skuteczny znaleźliśmy materię, której nijak inaczej byśmy nie znaleźli.
Zespół udowodnił, że 76% zwykłej materii znajduje się w przestrzeni międzygalaktycznej – w tak zwanym IGM (intergalactic medium). Kolejne 15% to halo galaktyczne, czyli rozległe sfery rozrzedzonego gazu otaczające galaktyki. Tylko 9% z owej materii to gwiazdy, planety i zimny gaz wewnątrz galaktyk.
I nagle układanka się zamknęła. Brakujące elementy materii były tam, gdzie ich spodziewano się teoretycznie – ale dopiero FRB pozwoliły je "zaobserwować i zmierzyć". W nauce wiele rzeczy często wygląda jak daleko posunięta magia, wręcz niedorzeczne kuglarstwo. Ale uwierzcie mi: nawet tak karkołomnie wyglądające eksperymenty, niosą ze sobą ogromną wartość. I tu mamy niesamowitą pewność, że badacze wykonali kawał dobrej roboty.
Owo odkrycie weryfikuje modele kosmologiczne. I wreszcie dane i teoria nie funkcjonują już obok siebie – są obecnie jednością. Ponadto udało nam się w mądry i pomysłowy sposób wykorzystać rozbłyski radiowe. Ich potencjał jako "sondy" pomiarowe, pozwoli nam na wiele istotnych badań: od pomiaru gęstości i struktury do ewolucji materii wewnątrz wszechświata.
Znowu okazuje się, że to, czego nie widzimy, istnieje – ale potrzebujemy odpowiedniego narzędzia, aby to potwierdzić. I odrobiny odwagi oraz... funduszy. Widać, jak bardzo nauce pomaga odpowiednie finansowanie. Nie mogę jakoś przeboleć tego, co dzieje się z NASA. Już nie chodzi o to, że będę mieć mniej rzeczy do opisania, gdy jednostki podległe administracji Trumpa będą musiały się pozamykać. Chodzi o stratę dekad pracy naukowców i zaprzepaszczenie ogromnego dziedzictwa. Ową sytuację z rozkoszą natomiast wykorzystają Chińczycy.
Czytaj również: FRB w najmniej oczekiwanym miejscu – nie pasują do żadnej znanej teorii
Oj, będzie się działo. Caltech ma w planach projekt DSA-2000. Chodzi o radioteleskop nowej generacji, który będzie łapał nawet 10 000 FRB rocznie. Wyobraź sobie – mapa wszechświata, ale nie przez spoglądanie, a przez nasłuchiwanie echa dawnych błysków. Każdy z nich to piksel w obrazie, którego jeszcze nie znamy.
FRB z zagadek przeszły w naszych głowach do rangi "latarek" wewnątrz Wszechświata. I po raz kolejny nie musieliśmy widzieć, aby dowiedzieć się, że coś w kosmosie na pewno "jest". Wystarczyło w pomysłowy sposób wykorzystać to, co naturalnie dzieje się w przestrzeni kosmicznej. Niesamowita sprawa!
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
