Радио Вселенной

Еще в 60‑е годы прошлого столетия ученые пришли к выводу, что космические галактики связаны между собой некими структурами, состоящими из газа, пыли и темной материи. Все это вместе напоминает паутину, переплетающиеся нити которой, проходя через войды (пустые пространства), способствуют образованию галактических скоплений. Недавно международная команда исследователей впервые физически зафиксировала прохождение через эту сеть ударных волн. А это означает, что там пролегают магнитные поля.

Известно, что при слиянии материи в космосе создаются ударные волны, ускоряющие частицы и тем самым усиливающие межгалактические магнитные поля. Ученые и ранее подозревали, что галактические нити притягиваются друг к другу посредством гравитационных сил и это усиливает магнетизм. А магнитные поля в свою очередь порождают радиоволны, которые можно наблюдать с Земли.

Так называемые радионити, существование которых было предсказано в 80‑е, представляют собой протяженные области, обладающие мощным магнитным полем и очень сильным высокочастотным радиоизлучением. Источник этого излучения долго не был ясен. Согласно одной из выдвинутых ранее теоретиками версий радионити способны генерировать так называемое синхротронное излучение, возникающее при ускорении заряженных частиц под воздействием магнитного поля. Однако в таком случае непонятно, откуда в принципе берутся эти заряженные частицы? Кто их зарядил?

Астрофизики из Национальной лаборатории ускорителей имени Ферми во главе с доктором Дэном Хупером предположили, что источником таинственного излучения являются заряженные электроны, возникающие путем столкновения и последующей аннигиляции относительно легких частиц, масса которых составляет 5-10 гигаэлектронвольт. Именно из них состоит темная материя, которая, по мнению ученых, играет значительную роль в формировании структур Вселенной.

Парадокс в том, что темная материя наличествует во Вселенной лишь гипотетически. Речь идет о форме материи, которая, по мнению ученых, не обладает электромагнитными свойствами и не может вступать с обычной материей ни в какое взаимодействие, кроме гравитационного, поэтому ее практически невозможно наблюдать, например, в земные телескопы. О ее существовании мы можем узнавать лишь по гравитационным эффектам, когда она притягивает к себе обычную материю. По расчетам астрономов, количество темной материи составляет примерно 80% массы Вселенной, причем у нее есть весьма полезная функция: она стягивает в ту или иную точку пространства вещество, необходимое для образования звезд и галактик.

Хотя, по идее, визуально наблюдать темную материю все-таки можно. Вернее, можно увидеть, во что она превращается. Так, сотрудникам Калифорнийского университета при помощи орбитального инфракрасного телескопа Herschel удалось зафиксировать излучение, идущее от крупных галактик, находящихся на расстоянии 10-11 миллионов световых лет от Земли, где сейчас активно идут процессы звездообразования. Исследователи предположили: галактики излучают как раз потому, что окружены «коконом» из темной материи, состоящей из так называемых вимпов – частиц, для которых характерны лишь слабое ядерное, а также гравитационное взаимодействие.

Несмотря на то что вимпы крайне сложно обнаружить, из-за того что они почти не «контачат» с другими частицами, первые все же «заявляют о себе», аннигилируя и трансформируясь в фотоны. Это порождает в нашей Галактике такой вид свечения, как сферическое гало. Кроме того, процесс аннигиляции сопровождается испусканием большого числа других частиц, таких как электроны и позитроны, которые, взаимодействуя с галактическим магнитным полем, тоже начинают излучать… Что же касается Дэна Хупера, то ему вместе с коллегой по лаборатории Ферми Тимом Линденом удалось смоделировать процесс формирования этого излучения на компьютере.

Как утверждают авторы исследования, сделанные ими практические расчеты полностью подтверждают данную теорию в отношении характеристик радионитей. Они также способны объяснить многие особенности радионитей, которые ранее оставались для ученых непонятными. Например, исследователей уже давно удивляло, почему яркость излучения нитей усиливается по мере приближения к центру Галактики. По словам астрофизиков из группы Хупера, чем ближе к центру Галактики, тем больше сгущается темная материя, и, соответственно, тем чаще сталкиваются составляющие ее частицы…

Однако это всего лишь модель. До недавнего времени «свечение» галактической паутины не удавалось зафиксировать в реальном радиочастотном диапазоне, так как уровень сигналов был слишком слабым.

Прорыв удалось совершить группе специалистов под руководством доктора Тессы Вернстрем из Университета Западной Австралии. Поиск исходящих от паутины радиосигналов они начали в 2020 году, но поначалу сложно было отличить их от фонового шума, создаваемого различными космическими объектами. Тогда астрономы попытались поймать поляризованное радио­излучение, которое проще выделить. Задачу эксперты выполнили, сопоставив данные проектов GMIMS (Global Magneto-Ionic Medium Survey), Planck Legacy Archive, Owens Valley Long Wavelength Array и Murchison Widefield Array. Полученная картина совпала с современными космологическими симуляциями, построенными на основе гидродинамических астрофизических расчетов в рамках проекта Enzo.

В итоге Тесса Вернстрем и ее коллеги сумели построить первую модель «вселенской сети», которая включает поляризованное радиоизлучение, порожденное ударными волнами галактических нитей.

Это открытие, безусловно, поможет уточнить современные теории о механизмах расширения Вселенной, а также, возможно, прольет наконец свет на загадку происхождения космического магнетизма.

Ирина ШЛИОНСКАЯ