Našli manjkajočo snov, ki sestavlja vesolje

V dveh neodvisnih raziskavah dveh skupin so uspeli ugotoviti, kje se skriva manjkajoča snov v vesolju, ki jo napovedujeta dve različni teoriji in so jo neuspešno iskali več desetletij. Ugotovili so, da lahko vso manjkajočo snov pojasnimo, če upoštevamo predhodno neodkrite zaplate vročega medgalaktičnega plina. To je pomembno odkritje, ki dodatno utrjuje predvidevanja, da je trenutni model velikega poka, kakor pojasnjuje nastanek lahkih elementov in kozmično sevanje ozadja, pravilen.

Vesolje v glavnem sestavljajo tri vrste snovi. Prva je običajna snov, iz katere smo zgrajeni ljudje na Zemlji, celotno Osončje in v resnici vse zaznavne strukture vesolja. Imenuje se barionska snov, ker jo sestavljajo barioni. Barioni so delci, ki jih sestavljajo po trije kvarki, recimo protoni in nevtroni. Le manjši del snovi, s katero imamo dnevno opraviti, ni barionska masa - to so na primer kakšni nevtrini. Vesolje sestavlja zgolj 4,9 odstotka barionske snovi, ostalo je temna snov (26,8 odstotka) in temna energije. Obstojih slednjih je nujen, če naj naše zelo uspešne teorije zadovoljivo opišejo stanje v vesolju. Barionske mase je premalo, da bi lahko pojasnila obliko vesolja, strukture v njem, gravitacijsko lečenje in številne druge pojave. Zato so izračunali, da mora obstajati približno petkrat več temne snovi, ki je dobila takšno ime, ker ne interagira z elektromagnetnim valovanjem, zato je ne moremo videti. Nihče ne ve točno, kaj pravzaprav temna snov je. Temno energijo - ki "deluje v obratno smer" kakor temna snov - pa je na prizorišče izstrelilo odkritje izpred dobrih dvajsetih let, da se vesolje širi čedalje hitreje. Šlo naj bi za energijo, ki reagira izključno gravitacijsko in je razmazana po celotnem vesolju enakomerno, zaradi česar je je kljub izjemno nizki gostoti (ki preprečuje detekcijo) daleč največ.

Problema temne snovi in temne energije sta tako zelo razvpita, da dajeta nepravilen vtis, da z barionsko maso težav ni. Toda tudi te doslej nismo našli v obsegu, ki ga vesolje zahteva. Koliko barionske mase bi moralo biti v vesolju, lahko izračunamo iz teorije o nastanku lahkih elementov po velikem poku ali, precej natančneje, iz opazovanja kozmičnega sevanja ozadja. Oba pristopa dasta enak rezultat, to je že omenjenih 4,9 odstotka. Problem pa je, da ko seštejemo vse vidne zaplate barionske mase v vesolju, dobimo približno 70 odstotkov te vrednosti. Poenostavljeno - ko smo vesolje stehtali (opazovanje sevanja ozadja in teorija sinteze elementov), smo ugotovili, da ima več barionske mase, kot je lahko naberemo s seštevanjem vidnih predmetov v vesolju. To je problem manjkajoče barionske mase, ki so ga raziskovalci z Inštituta za vesoljsko astrofiziko v Orsayu v Franciji in Univerze v Edinburgu uspešno rešili.

Kot vidimo na sosednji sliki, lahko barionsko maso razdelimo na zvezde, hladen plin v galaksijah (HI), plin v bližini galaksij (CGM) in plin med galaksijami znotraj iste jate (ICM). Večino barionske mase pa predstavljata vroč medagalaktični medij (WHIM) in vodik, na katerega sklepamo iz Lymanovih črt. Ko vse te prispevke seštejemo in pazimo, da ne štejemo dvojno, zmanjka okrog 30 odstotkov barionske snovi. Kje se skriva?

Glavno vprašanje je bilo, koliko je v vesolju WHIM-a. Ta ima to nesrečo, da je ravno dovolj hladen, da ne žari z rentgensko svetlobo, ki bi jo naši teleskopi zaznali, po drugi strani pa je prevroč, da bi absorbiral znatne količine svetlobe, ki potuje skozenj. Zato lahko zelo slabo ocenimo količino WHIM-a. Raziskovalci so sedaj upoštevali dejstvo, da se v vročem plinu sevanje malenkost siplje, torej bi lahko WHIM videli na posnetku sevanja kozmičnega ozadja kot temnejši obroč. Temu se reče Sunjajev-Zeldovičev učinek (o tem je pred leti poljudno predavala Dunja Fabjan). Obe skupini raziskovalcev sta uporabili najnatančnejše posnetke teleskopa Planck iz leta 2015 in zemljevida vesolja SDSS. Na njih so med galaksijami - analizirali so jih več kot milijon - opazili območja, ki so šestkrat gostejša od preostanka. To so vlakna gostejšega plina (filamenti), ki povezujejo galaksije. Ko so jih sešteli, so ugotovili, da najdejo ravno 30 odstotkov barionske mase, ki je manjkala. Rezultati obeh skupin, ki nista gledali istih galaksij, se ujemajo.

Če bo to odkritje potrjeno, smo s tem dokončno dognali, kaj sestavlja 4,9 odstotkov vesolja in kje se ta masa skriva. Sedaj pa bo res čas, da se posvetimo vprašanjem, kaj sta temna snov, o kateri imamo nekaj informacij in teorij, ter temna energija, o kateri ne vemo nič uporabnega.