Астрономы нашли «пропавшую» материю Вселенной

Художественное изображение быстрого радиоимпульса (FRB), проходящего через межгалактическую среду. Длинные волны (красные) замедляются сильнее, чем короткие (синие), что позволяет «взвесить» невидимую обычную материю. Автор: Мелисса Вайс/CfA

Новое исследование позволило точно определить местоположение «пропавшей» материи Вселенной и зафиксировать самый далёкий из известных быстрых радиоимпульсов (FRB). Используя FRB в качестве ориентира, астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и Калифорнийского технологического института (Caltech) доказали, что более трёх четвертей обычной материи Вселенной скрыто в разреженном газе между галактиками. Это открытие — важный шаг в понимании поведения и распределения материи в космосе.

Учёные впервые детально измерили распределение обычной материи в «космической паутине». Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Десятилетиями наука знала, что по крайней мере половина обычной (барионной) материи Вселенной — состоящей в основном из протонов — оставалась неучтённой. Ранее астрономы использовали рентгеновское излучение и ультрафиолетовые наблюдения далёких квазаров, чтобы обнаружить следы этой материи в виде чрезвычайно разреженного тёплого газа между галактиками. Однако из-за низкой плотности и высокой температуры этот газ оставался невидимым для большинства телескопов.

Помогли FRB — короткие, но мощные радиосигналы из далёких галактик. В новом исследовании учёные проанализировали 60 таких импульсов, от ближайшего (FRB20200120E в галактике M81, 11,74 млн световых лет) до самого далёкого (FRB 20230521B, 9,1 млрд световых лет). Это позволило локализовать «пропавшую» материю в межгалактической среде (IGM).

«Проблема пропавших барионов никогда не заключалась в том, существует ли эта материя, — говорит Лиам Коннор, ведущий автор исследования. — Вопрос был: где она? Теперь, благодаря FRB, мы знаем: три четверти её находится в космической паутине между галактиками».

Измеряя замедление FRB при прохождении через пространство, команда смогла «взвесить» межгалактический газ. «FRB работают как космические фонари, — объясняет Коннор. — Они пронизывают туман IGM, и, точно измеряя, как замедляется их свет, мы можем определить массу этого тумана, даже если он слишком слаб для прямого наблюдения».

Распределение пропавших барионов. Автор: Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02566-y

Результаты показали: около 76% барионной материи Вселенной находится в IGM, 15% — в гало галактик, а остаток — в звёздах и холодном газе внутри галактик. Это соответствует предсказаниям космологических моделей, но впервые подтверждено экспериментально.

«Это триумф современной астрономии, — говорит Викрам Рави из Caltech. — FRB позволяют нам увидеть структуру Вселенной в новом свете, отслеживая невидимую материю, заполняющую пространство между галактиками».

Открытие важно не только для «космической переписи». Распределение барионов помогает понять, как формируются галактики, как материя собирается в крупномасштабные структуры и как свет путешествует на миллиарды световых лет.

«Галактики притягивают барионы гравитацией, но сверхмассивные чёрные дыры и взрывы звёзд могут выбрасывать их обратно, — поясняет Коннор. — Наши результаты показывают, что этот механизм работает эффективно, рассеивая газ в межгалактическое пространство».

Учёные уверены, что это лишь начало эры FRB-космологии. «Следующее поколение радиотелескопов, таких как DSA-2000, обнаружит тысячи FRB, что позволит детально картографировать космическую паутину», — говорит Рави.

Подробнее: Liam Connor et al, A gas-rich cosmic web revealed by the partitioning of the missing baryons, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02566-y