Teoretické modely vývoja vesmíru predpovedajú presné množstvo bežnej hmoty, ktorá by mala byť pozorovateľná vo forme hviezd, prachu a plynov. Doteraz sa však podarilo identifikovať len polovicu očakávaného objemu, čo vyvolávalo rozpor medzi simuláciami a pozorovaniami. Medzinárodný tím pod vedením Kalifornskej univerzity v Berkeley preto zhromaždil snímky približne siedmich miliónov jasných červených galaxií v rozsahu ôsmich miliárd svetelných rokov.
Údaje poskytol prístroj Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) na štvormetrovom teleskope Mayall v Arizone. DESI dokáže v jednom zábere získať spektroskopické informácie z viac ako päťtisíc objektov, čo umožňuje presne určiť rýchlosti a vzdialenosti veľkého množstva galaxií. Vedci následne „vrstvili“ tieto snímky na seba, aby zosilnili signál extrémne riedkeho plynu, ktorý je v jednotlivej galaxii nepostrehnuteľný.
Reliktné žiarenie ako kozmické podsvietenie
Kľúčom k odhaleniu plynnej zložky bol efekt Sunjajev–Zeldovič. Ak fotóny reliktného mikrovlnného žiarenia prechádzajú cez oblak voľných elektrónov, získavajú alebo strácajú energiu a prejavujú sa ako jemné zjasnenia či stmavnutia na presných mapách kozmického pozadia. Tieto mapy pochádzajú z rekordne citlivých meraní Atacama Cosmology Telescope v Čile, ktoré skončili v roku 2022, no stále poskytujú najdetailnejšie údaje o teplotných variáciách reliktného žiarenia.
Porovnaním dát z DESI a ACT vedci vypočítali profil hustoty ionizovaného vodíka okolo typických galaxií. Ukázalo sa, že rozptýlený plyn siaha do vzdialenosti päťnásobku doteraz uvažovaného polomeru galaktického hala. Pri započítaní tohto objemu sa bilancia bežnej hmoty takmer dostáva na úroveň predpovedanú kozmologickými modelmi.
Dopady na modely galaktického vývoja
Rozšírenie plynu do veľkých vzdialeností naznačuje, že supermasívne čierne diery môžu byť aktívne v rôznych fázach života galaxie, a nie iba v počiatočnom „burácajúcom“ období. Opakované výtrysky energetických prúdov by vysvetľovali, prečo sa plyn nachádza aj v rôznej miere ionizácie ďaleko za štandardným diskom. To zároveň spochybňuje zvyčajnú aproximáciu, že bežná hmota sleduje rozloženie temnej hmoty: simulácie budú musieť do budúcnosti počítať s väčšou dynamikou a „priedušnejšou“ medzigalaktickou atmosférou.
Pre kozmológiu je dôležité aj to, že zvýšený objem plynu môže ovplyvniť odhad tzv. hrudkovitosti (sigma₈), parametra opisujúceho, ako veľmi je hmota vo vesmíre zhlukovaná. Niektoré napätia medzi pozorovaniami reliktného žiarenia a meraniami galaktických štruktúr by sa tak mohli zmierniť, ak sa potvrdí, že plynná hmota je rozmiestnená menej koncentrovane, než sa doteraz predpokladalo.
Ďalší výskum a očakávania
Autori štúdie upozorňujú, že hoci sú prvé výsledky kompatibilné s úplným uzatvorením rozpočtu bežnej hmoty, na potvrdenie budú potrebné podrobné hydrodynamické simulácie. Tie musia zohľadniť interakciu výtryskov z čiernych dier, ochladzovanie plynu a vplyv kozmického ultravysokofrekvenčného žiarenia. V prípade úspechu však pôjde o zásadný krok k pochopeniu, ako galaxie rastú, akým spôsobom sa vyvíja ich plynný obal a prečo je bežná hmota vo vesmíre rozdelená práve tak, ako ju začíname vidieť.
Plné znenie výsledkov bude uverejnené v časopise Physics Research Letters.
