Да не се тревожим за Вселената, но къде са ѝ фотоните?

Галактиките, близки до Млечния път, излъчват пет пъти по-малко ултравиолетова светлина, отколкото сочи степента на йонизация на материята във водородната „пъпна връв“, която съединява галактиките.

В статия в сп. Astrophysical Journal Letters се посочва, че възможна причина за това загадъчно явление може да е разпадът на частици антиматерия в тези нишки от водород.

„Представете си, че се намирате в голяма, ярко осветена стая. Оглеждате се и виждате, че я осветяват три-четири 40-ватови крушки. Възниква въпросът: откъде идва цялата тази излишна светлина? Ние не успяхме да открием неизвестните преди източници на ултравиолетово лъчение по време на нашето галактично преброяване.

Това може да се е случило по две причини: или нашите оценки по силата на светене на галактиките и квазарите са много далече от истината, или във Вселената има други източници на йонизиращи фотони. На шега нарекохме този феномен „кризисен недостиг на фотони“.

Не бива да се притесняваме за Вселената – с нея всичко е наред и тя си живее нормално, но на астрономите се налага някак да се справят с тази криза“, разказва Джуна Колмайер от Обсерваторията на института „Карнеги“ в Пасадена (САЩ).

Колмайер и почти дузина негови колеги от различни университети на САЩ, Италия и ЮАР направили това необичайно откритие, анализирайки данните, събрани от ултравиолетовия спектрометър COS – един от най-новите инструменти на „Хъбъл“, монтиран на орбиталната обсерватория през май 2009 година. Главната задача на този уред е изучаването на вселенската „космическа паяжина“.

Почти никой днес не се съмнява, че Вселената прилича на гигантска триизмерна паяжина. Нейните нишки се състоят от струпвания на тъмна материя, които са заобиколени от водород и други съставки на междугалактичната среда. В точките на пресичане на тези нишки се намират късчета видима материя – отделни галактики и техни групи.

През юли 2012 година астрофизиците успяха да открият една от тези нишки, съединяваща галактиките Abell 222 и Abell 223, благодарение на изкривяването в светлината на далечни звезди, предизвиквано от тъмната материя.

Авторите на статията се интересували не от нишките тъмна материя, а от прилепналия към тях газ от междугалактичната среда. Химичният състав и физичните свойства на този газ са добре известни на астрономите, което позволява той да се използва в качеството на своеобразно космическо огледало, отразяващо историята на Вселената в далечното минало.

Когато лъчението на далечните галактики и квазари преминава през нишките на космическата паяжина по пътя към Земята, неутралните водородни атоми в нея активно поглъщат фотоните ултравиолетова светлина.

В резултат на това в спектъра на тези обекти възниква Алфа-гора на Леймън – набор от множество тъмни линии, чиято честота на разположение, дебелина и други параметри могат да разкажат много за облика на Вселената и нишките на нейната паяжина в отдавна отминали епохи.

Изучавайки линиите на тази космическа гора на спектрограмите на COS, Колмайер и колегите му забелязали, че те са значително по-ярки, отколкото сочели компютърните и математическите модели на космическата паяжина.

Ако сегашните теоретични представи за природата на нишките паяжина и газа в тях са верни, толкова забележителна „палисада“ от линии на поглъщане трябва да възниква само в случай че Вселената изработва пет пъти повече ултравиолетова светлина, за което сочат наблюденията на квазари и активни галактики.

Това силно и неочаквано разминаване между теория и реалност озадачило учените и те се опитали да открият източника на недостигащата ултравиолетова светлина и причината за силната йонизация на водорода в междугалактичните връзки.

Отначало авторите предположили, че газът в тях е много по-горещ, отколкото си мислим. Когато астрономите отчели този факт в компютърните модели на космическата паяжина, станало очевидно, че трикът не работи – дори при десеторно повишаване на температурата на газа Алфа-гората на Леймън оставала недостатъчно ярка.

Други опити да се спаси общоприетият модел на паяжината – увеличението на далечността на ултравиолетовите фотони, мощността на квазарите и други галактични феномени – завършили също толкова неуспешно.

Всичко това накарало Колмайер и колегите му да запретнат ръкави и да констатират началото на „кризата на ултравиолетов недостиг“ в астрофизиката на междузвездната среда. По думите им има две възможни обяснения на този феномен, но и двете не се нравят на учените.

Първото е, че ние грешим в представите си за плътността и структурата на междузвездната среда, което е изключително малко вероятно от гледна точка на авторите на статията.

Втората – недостигащите ултравиолетови фотони могат да възникват в резултат на разпад или анихилация на тъмната материя в нишките паяжина или в галактичното хало – „мехури“ от тъмна материя, заобикалящи всички съществуващи галактики във Вселената.

„Изключително ни е интересно да мислим, че „изчезналите“ фотони възникват не в квазари или галактики, а в някакви екзотични и неизвестни ни източници.

От друга страна, може с увереност да се говори за настъпването на криза в областта на астрофизиката, ако сериозно започнем да говорим за разпадаща се тъмна материя“, заключава авторът на статията Нил Катц от Масачузетския университет в Амхърст.