Ученые нашли потерянную половину всего вещества во Вселенной

Егор


В конце 1990-х годов космологи сделали прогноз о том, сколько обычной материи должно быть во Вселенной. По их оценкам получилась величина около 5%, а остальное вещество является таинственной смесью темной материи и темной энергии. Но когда космологи подсчитали все обычное вещество, которое они смогли увидеть или измерить в то время, они пришли к неутешительным выводам — многого не хватает. Если быть точным, вся измеренная ими материя составила лишь половину от 5%.

Так родилась задача, известная как «проблема отсутствующих барионов», и более 20 лет космологи безуспешно искали ее решение. Потребовалось открытие нового космического явления и создание совершенно новых телескопов, и лишь в начале этого года команда из Калифорнийского университета во главе с двумя астрофизиками, Ксавьером Прочаска и Жан-Пьером Маккваром, смогли наконец найти это недостающее вещество.

Происхождение проблемы

Барион в классификация типов частиц — это своего рода зонтичный термин, который охватывает протоны и нейтроны, строительные блоки всей обычной материи во Вселенной. Всё в таблице Менделеева и почти всё, что вы считаете «веществом», состоит из барионов.

С конца 1970-х годов космологи подозревали, что темная материя — пока еще неизвестный тип материи, который должен существовать для объяснения гравитационных закономерностей в космосе — составляет большую часть вещества во Вселенной, а остальная небольшая часть — это барионная материя. Однако точное соотношение между ними было вычислено лишь двумя десятилетиями позднее, в 1997 году, когда три ученых из Калифорнийского университета использовали соотношение тяжелых водородных ядер с дополнительным нейтроном к нормальному водороду, получив, что барионы должны составлять около 5% массо-энергетического бюджета Вселенной.



Однако еще не успели высохнуть чернила на их публикации, как другая тройка космологов забила тревогу. Они сообщили, что прямое измерение барионов в нашей нынешней Вселенной, определенное путем переписи звезд, галактик и газа внутри и вокруг них, в сумме дало только половину от прогнозируемых 5% .

Это и вызвало проблему отсутствующих барионов. Поэтому, с учетом того, что материя не может быть ни создана, ни уничтожена, было два возможных объяснения: либо «лишней» материи вообще не существует, а были лишь ошибки в расчетах, либо недостающая материя где-то прячется и ее просто нужно найти.

Неудачный поиск

Астрономы по всему земному шару решили проверить второй вариант и взялись за поиски пропавшего вещества, и первая подсказка пришла год спустя от теоретиков-космологов. Их компьютерное моделирование предсказало, что большая часть недостающей материи скрывается в горячей плазме с низкой плотностью и температурой в миллион градусов, которая пронизывает всю Вселенную. Она была названа «теплой-горячей межгалактической средой» (warm-hot intergalactic medium), или, кратко, WHIM. Ее существование решило бы проблему пропавших барионов, но в то время не было никакой возможности подтвердить ее наличие во Вселенной.

В 2001 году появилось еще одно доказательство в пользу WHIM. Вторая группа подтвердила первоначальное предсказание о том, что барионы составляют 5% Вселенной, изучив крошечные колебания температуры в космическом микроволновом фоне — по существу, это оставшееся после Большого Взрыва излучение. И раз это число подтвердилось уже дважды, космологи стали активнее искать эту тепло-горячую плазму во Вселенной. За последние 20 лет различные команды астрономов привлекли к охоте почти все крупнейшие обсерватории Земли. Было несколько ложных тревог, и лишь одна команда в конце концов связала WHIM с газом вокруг галактик. Но одного слабого подтверждения было мало.


Космический микроволновый фон.

Неожиданное решение в быстрых радиовсплесках

Прорыв в решении проблемы произошел в 2007 году. Тогда Дункан Лоример, астроном из Университета Западной Вирджинии, сообщил об открытии космологического феномена, известного как быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB). Это чрезвычайно короткие высокоэнергетические импульсы радиоизлучения. Космологи и астрономы до сих пор не знают, что их создает, но они, похоже, происходят из далеких-далеких галактик.

Источники, чем бы они ни были, излучают FRB менее тысячной доли секунды, и изначально все длины волн путешествуют в одном тесном пучке. Так что если кому-то повезет — хотя, зная огромные энергии этих радиовсплесков, скорее не повезет — оказаться рядом с источником FRB, то он сможет уловить все длины волн одновременно.


Компьютерное моделирование распределения тепло-горячей межгалактической среды (WHIM).

Но когда радиоволны проходят через материю, они слегка замедляются. И чем больше длина волны, тем сильнее она «чувствует» материю. Думайте об этом, как о сопротивлении воздуха. Большая машина чувствует большее лобовое сопротивление при езде, чем меньшая машина. По-научному это «сопротивление ветра» называется дисперсией.

Ее влияние на радиоволны невероятно мало, но космос велик. К тому времени, когда FRB пролетит миллионы или даже миллиарды световых лет, чтобы достичь Земли, дисперсия замедлит более длинные волны настолько, что они прибывают почти на секунду позже, чем более короткие волны. В этом и заключается потенциал радиовсплесков для «взвешивания» барионов Вселенной. Измеряя распространение различных длин волн в пределах одного FRB, можно точно вычислить, через какое количество вещества — сколько барионов — прошел радиовсплеск на своем пути к Земле.

Half the matter in the universe was missing—we found it hiding in ...

Однако оставалась последняя проблема. Чтобы точно измерить плотность барионов, нужно знать, откуда к нам прилетел FRB. Зная исходную галактику, можно выяснить, как долго к нам путешествовал радиовсплеск. Учитывая это и степень рассеивания, которую он испытал, теоретически можно вычислить количество вещества, через которое он прошел по пути к Земле. К сожалению, телескопы в 2007 году были недостаточно хороши, чтобы точно определить, из какой галактики появился FRB, они могли лишь детектировать их.

Технические инновации

Прошло 11 лет до того момента, когда команда Прочаски и Макквара смогла локализовать первый FRB. В августе 2018 года их совместный проект под названием CRAFT стал использовать радиотелескоп Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), расположенный в глухом уголке Западной Австралии, для поиска FRB. Этот новый телескоп, которым управляет Национальное научное агентство Австралии CSIRO, может наблюдать огромные участки неба, примерно в 60 раз больше полной Луны, и он может одновременно обнаруживать радиовсплески и точно определять, откуда они пришли.

ASKAP уловил свой первый FRB спустя месяц после начала работы. Как только астрофизики узнали точную часть неба, откуда пришли радиоволны, они тут же использовали телескоп Кека на Гавайях, чтобы определить, из какой галактики пришел FRB и как далеко она от Земли. Так, первый обнаруженный ими радиовсплеск пришел из галактики DES J214425.25–405400.81, которая находится на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от нас.


Австралийский радиоинтерферометр ASKAP.

Так что, как оказалось, и технология, и техника отлично работают. Однако команде нужно было поймать еще несколько радиовсплесков, чтобы получить статистически значимое количество барионов во Вселенной, и для этого нужно было просто сидеть и ждать. К середине июля 2019 года Прочаска и Макквар обнаружили еще пять таких событий — достаточно, чтобы выполнить первые расчеты дисперсии и наконец-то решить проблему отсутствующих барионов.

К их удивлению и радости, полученные данные идеально соответствовали теории, предсказавшей 5%-ое количество обычной материи во Вселенной. «Мы обнаружили все отсутствующие барионы, разгадав эту космологическую загадку и положив конец двум десятилетиям поиска», — сказал Прочаска.

Однако этот результат — только первый шаг. Астрофизики пока что смогли оценить количество барионов во Вселенной, но имея только шесть результатов невозможно построить полную карту «отсутствующих барионов». И хотя это доказывает, что WHIM точно существует, пока неизвестно, как она распределяется. Считается, что она является частью обширной нитевидной сети газа, которая соединяет галактики, так называемой «космической паутины», но требуется регистрация  около сотни быстрых радиовсплесков, чтобы космологи смогли начать строить точную карту этой паутины.
22
iGuides в Яндекс.Дзен —  zen.yandex.ru/iguides.ru
iGuides в Telegram — t.me/igmedia

Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий

Мы в соцсетях

Комментарии

Mers
+4104
Егор, возникла проблема с мат платой Гигабайт. Слетел BIOS. Пытался восстановить замыканием контактов на микросхеме биоса, но результат нулевой. Вылазить табличка восстановления до исходных параметров, но после перезагрузки все равно не грузится. Есть ещё какой-то способ восстановить или прошить в домашних условия?
10 июня 2020 в 21:29
#
Oskarr
+369
Не здесь надо задавать вопросы про компы.
10 июня 2020 в 21:58
#
Mers
+4104
Ставь ещё минусы, если от этого тебе станет легче.
10 июня 2020 в 22:10
#
Егор Морозов
+1765
Мало инфы. Что не грузится после перезагрузки? Система? Тогда дело не в биосе. Если же не грузится даже биос (черный экран, вентили на макс шумят) — дома без программатора ничего не сделаете.
10 июня 2020 в 23:12
#
Mers
+4104
Да, система. Внизу пишет «IDE chanel 1 slave Disk HDD SMART capability Disable..........» и мигает курсор. При нажатии DEL даже в Bios войти не могу.
10 июня 2020 в 23:23
#
Егор Морозов
+1765
Так биос-то причем? Очень похоже что харду плохо. И да, уверены что заход в биос по del, а не f2 например?
10 июня 2020 в 23:29
#
Mers
+4104
SSD пробовал на другом РС, все работает.
Вот скрины.
10 июня 2020 в 23:33
#
Егор Морозов
+1765
Зависание на проверке DMI — обычно железячная проблема. В комп не лазили перед этим? Проверьте все шлейфы и коннекторы. Если установили что-то новое из комплектующих — отключите.
10 июня 2020 в 23:42
#
Mers
+4104
Нет. Просто в один прекрасный момент он после перезагрузки не стал загружаться. Я его полностью раскидал и заново собрал. Проблема осталась😒
10 июня 2020 в 23:49
#
Егор Морозов
+1765
А если попробовать запустить комп с минимумом железа (проц, плата, одна плашка озу) — так и висит на проверке dmi?
11 июня 2020 в 00:00
#
Mers
+4104
Откинул второй HDD и оставил одну планку памяти. Теперь вот так.
11 июня 2020 в 00:07
#
Егор Морозов
+1765
И тоже виснет? Clear cmos делали с вынутой батарейкой? В биос на моменте заставки по del не заходит я так понимаю?
11 июня 2020 в 00:12
#
Mers
+4104
В общем решилось!!! При нажатии на биос был чёрный экран. А после того как: вытянул видеокарту, скинул таблеткой биос, подрубил монитор на встроенную, смог войти в биос, затем загрузить Win. Я так понял, что у меня с дровами что-то?
11 июня 2020 в 00:18
#
Mers
+4104
А хотя, какие дрова, их же нет на уровне загрузки🤔
11 июня 2020 в 00:23
#
Егор Морозов
+1765
Так я же говорил отключить максимум компонентов, чего вы дискретную видеокарту-то оставили). А если теперь с ней попробовать загрузиться?
11 июня 2020 в 00:24
#
Mers
+4104
Прошу прощения, видимо невнимательно прочитал. Установил все назад.... не грузится опять. Неужели кирдык видеокарте? Так резко?
Вычитал на форуме ещё такое «В общем проблема решена. Сбросил батарейкой без видеокарты, через дискретку все заработало. Как оказалось биос распознавал мой монитор не как основной. Выставил поддержку нескольких дисплеев и подключился от видяхи. Все запустилось.»
11 июня 2020 в 00:32
#
Егор Морозов
+1765
Видеокарта вроде не артефачит, не думаю что проблема в ней — разве что видеобиос слетел. Проверьте так — запустите комп, подождите секунд 10 (сколько там у вас система грузится) и только потом подключите монитор к дискретке. Если картинка будет — через интегряшку зайдите в bios и выставите приоритет дискретной видеокарты (обычно peg называется).
11 июня 2020 в 00:44
#
Mers
+4104
Не могу найти этот параметр. Биос старючий как .... мамонта. Не подскажете?
11 июня 2020 в 00:58
#
Mers
+4104
Все, спасибо вам огромное!!! Нашёл параметр, все работает! Фуххх... а хотел уже везти в сервис)
11 июня 2020 в 01:04
#
Mers
+4104
Мда, рано радовался. Забыл, что видеокарту не вставил:(
Видать уже бошка за целый день не варит.
Параметр выставлен, виснет опять на том же месте. 😒
11 июня 2020 в 01:08
#
Егор Морозов
+1765
А в другом пк видеокарта нормально работает? Пробовали подключать ее к монитору через другой видеовыход (например аналоговый вместо цифры)? Пробовали сбросить настройки монитора? Просто судя по всему какой-то конфликт биоса с видюхой, но в чем именно проблема — непонятно. И да, вы пробовали как я сказал подключить монитор к дискретной видюхе уже после того, как биос загрузится?
11 июня 2020 в 01:36
#
Mers
+4104
1. Не пробовал, другой ПК на второй квартире.
2. Пробовал дискретную (не работает) а к встроенной переходник не подходит.
3. Сбрасывал.
4. Если дискретная в слоте, то BIOS не грузится.
11 июня 2020 в 01:47
#
Mers
+4104
В общем при такой настройке работает с подключённой дискретной, НО! У меня теперь нет никаких загрузочных экранов, а тупо сразу грузится винда и все. Ни лого матери, ни всех этих букв и цифр😳. Что это такое и почему?
11 июня 2020 в 02:09
#
Егор Морозов
+1765
Это знакомо. Видеокарта и биос "не могут найти общий язык" так сказать. Например, биос показывается в разрешении 640х480, а видеокарте минимум нужно 800х600. Выбранная вами настройка позволяет биосу самому определять, через что показывать картинку: раз дискретку он типа не совсем видит, то показывает через интегряшку, а раз к ней монитор не подключен — вы видите черный экран. При этом разумеется винда с дискреткой уже дружит. Раз раньше все работало, возможная причина проблемы — у видеокарты частично слетел видеобиос и она косячит в 2D режиме. Попробуйте ее вставить в другой пк и посмотреть, что будет.
11 июня 2020 в 09:55
#
Mers
+4104
Поеду наверное в обед да отдам в сервис, чую, что делов с этим всем дома не будет. Большое спасибо за помощь:)
11 июня 2020 в 11:18
#
Егор Морозов
+1765
Отпишитесь потом если не трудно, интересно, в чем проблема была.
11 июня 2020 в 11:59
#
Mers
+4104
Хорошо. Отдал в обед, но они не звонили, видать что-то серьезное.
11 июня 2020 в 21:18
#
+47
1) Отключите все девайсы, оставьте только процессор, память и видеокарту (если нет набортной)
2) сделайте Clear CMOS — при гальванически отключённом питании! У довольно большой части моделей материнских плат производства Gigabyte/MSI, имеются проблемы с обвязкой nvram-чипов и стандартная операция Clear CMOS при подключённом питании (достаточно «дежурки» с БП) является всегда лотереей: сдохнет/не сдохнет. Иногда, Clear CMOS не помогает, поэтому можно вытащить батарейку, а контакты замкнуть на пару секунд (редко, но встречался со схемой: ионистор+диодный мост). Иногда, но очень редко (случаи можно по пальцам пересчитать), встречается Dallas, в таком случае поможет только перепайка нового Dallas.
3) подайте питание и зайдите в настройки BIOS. Примените настройки по умолчанию (default, если ничего не путаю, F7), сохраните настройки с последующей перезагрузкой (F10). Обязательно дождитесь загрузочного экрана(процедура может быть довольно длительной), теперь можно отключать питание и подключать все остальные устройства по очереди (заодно и найдёте сбойное устройство, но сдаётся мне, что у вас просто повреждена загрузочная запись или был загрузчик UEFI, а сейчас BIOS)
11 июня 2020 в 00:27
#
Oskarr
+369
Егор спасибо. Интересно.
10 июня 2020 в 22:00
#
+79
Невероятно интересно! Спасибо большое, Егор!
11 июня 2020 в 00:05
#
+1035
Заставляю мой айпад читать ваши статьи)) это так круто))
11 июня 2020 в 19:49
#
+188
С очень большой долей вероятности неисправна оперативная память.
12 июня 2020 в 04:37
#
Sorry
–4
13 июня 2020 в 11:16
#
melissa
–21
25 июня 2020 в 16:09
#