Une nouvelle étude historique a identifié l'emplacement de la matière « manquante » de l'univers et a détecté la radio rapide la plus éloignée (FRB) enregistrée. En utilisant FRBS comme guide, les astronomes au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CFA) et Caltech ont montré que plus des trois quarts de la matière ordinaire de l'univers se sont cachées dans le gaz mince entre les galaxies, marquant un pas en avant majeur dans la compréhension de la façon dont la matière interagit et se comporte dans l'univers.
Ils ont utilisé les nouvelles données pour effectuer la première mesure détaillée de la distribution de matière ordinaire sur le Web cosmique. La recherche est publiée dans la revue Astronomie naturelle.
Pendant des décennies, les scientifiques savent qu'au moins la moitié de la matière ordinaire ou baryonique de l'univers – principalement composée de protons – ne sont pas comptabilisées. Auparavant, les astronomes ont utilisé des techniques, notamment l'émission de rayons X et les observations ultraviolets de quasars distants pour trouver des indices de grandes quantités de cette masse manquante sous la forme de gaz chaud très mince entre les galaxies. Parce que cette affaire existe en tant que gaz chaud et à basse densité, il était largement invisible pour la plupart des télescopes, laissant les scientifiques estimer mais ne confirment pas sa quantité ou son emplacement.
Entrez FRBS – Brief, les signaux radio brillants des galaxies éloignées que les scientifiques n'ont montré que récemment pourraient mesurer la matière baryonique dans l'univers, mais jusqu'à présent, je n'ai pas pu trouver son emplacement. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé 60 FRB, allant de ~ 11,74 millions d'années-lumière – FRB20200120E dans le Galaxy M81 – à ~ 9,1 milliards d'années-lumière – le FRB 20230521B, le FRB le plus éloigné enregistré. Cela leur a permis d'épingler la matière manquante à l'espace entre les galaxies ou le milieu intergalactique (IgM).
« Le« problème de baryon disparu vieux de plusieurs décennies n'a jamais été de savoir si la question existait », a déclaré Liam Connor, astronome CFA et auteur principal de la nouvelle étude. « C'était toujours: où est-il? Maintenant, grâce à FRBS, nous savons: les trois quarts flottent entre les galaxies dans le Web cosmique. » En d'autres termes, les scientifiques connaissent désormais l'adresse d'accueil de l'affaire « manquante ».
En mesurant combien chaque signal FRB a été ralenti en traversant l'espace, Connor et son équipe ont suivi le gaz tout au long de son voyage. « Les FRB agissent comme des lampes de poche cosmiques », a déclaré Connor, qui est également professeur adjoint d'astronomie à Harvard. « Ils brillent à travers le brouillard du milieu intergalactique, et en mesurant précisément comment la lumière ralentit, nous pouvons peser ce brouillard, même lorsqu'il est trop faible pour voir. »
Les résultats étaient clairs: environ 76% de la matière baryonique de l'univers réside dans l'IGM. Environ 15% résident dans les halos Galaxy, et une petite fraction est creusée en étoiles ou au milieu du gaz galactique froid.
Cette distribution correspond aux prédictions des simulations cosmologiques avancées, mais n'a jamais été directement confirmée jusqu'à présent.
« C'est un triomphe de l'astronomie moderne », a déclaré Vikram Ravi, professeur adjoint d'astronomie à Caltech et co-auteur du journal. « Nous commençons à voir la structure et la composition de l'univers sous un tout nouveau jour, grâce aux FRB. Ces brèves flashs nous permettent de retracer la matière autrement invisible qui remplit les vastes espaces entre les galaxies. »
Trouver les baryons manquants n'est pas seulement un exercice de construction d'un carnet d'adresses ou de recensement. Leur distribution maintient la clé pour débloquer des mystères profonds sur la façon dont les galaxies se forment, comment la matière agrandie dans l'univers et comment la lumière se déplace sur des milliards d'années-lumière.
« Les baryons sont tirés dans les galaxies par gravité, mais les trous noirs supermassifs et les étoiles explosives peuvent les faire sauter – comme un thermostat cosmique refroidir les choses si la température devient trop élevée », a déclaré Connor. « Nos résultats montrent que cette rétroaction doit être efficace, explosant le gaz des galaxies et dans l'IGM. »
Et ce n'est que le début de la cosmologie FRB. « Nous entrons dans un âge d'or », a déclaré Ravi, qui sert également de co-pi de la profonde arrière synoptique de Caltech-110 (DSA-110). « Des radiotélescopes de nouvelle génération comme le DSA-2000 et l'observatoire d'hydrogène canadien et le détecteur radio-transitoire détecteront des milliers de FRB, ce qui nous permet de cartographier la toile cosmique dans des détails incroyables. »
