Разыскивается ультрафиолет!

Галактики, близкие к Солнечной системе, излучают в пять раз меньше ультрафиолета, чем на то указывает степень ионизации материи в водородных «пуповинах», которые соединяют галактики между собой, выяснили астрономы из США.

Как говорится в статье в журнале Astrophysical Journal Letters, причиной такого загадочного явления может быть распад частиц антиматерии внутри этих нитей водорода.
«Представьте себе, что вы находитесь в большой, ярко освещенной комнате. Вы оглядываетесь по сторонам и видите, что ее освещают три-четыре 40-ваттных лампочки. Возникает вопрос: откуда берется весь этот лишний свет? Мы не смогли найти ранее неизвестные источники ультрафиолета во время нашей галактической переписи. Это могло случиться по двум причинам: или наши оценки по силе свечения галактик и квазаров крайне далеки от истины, или же во Вселенной есть иные источники ионизирующих фотонов. Мы в шутку назвали этот феномен «кризисом недопроизводства фотонов». Не стоит беспокоиться о Вселенной — с ней все хорошо и она живет нормально, а вот астрономам придется как-то справляться с этим кризисом», — рассказала Джуна Коллмайер из Обсерватории института Карнеги в Пасадене (США), чьи слова приводит учреждение.
Коллмайер и ее коллеги из различных университетов США, Италии и ЮАР совершили это открытие, анализируя данные, собранные ультрафиолетовым спектрометром COS — одним из самых новых инструментов «Хаббла», который был установлен на борт орбитальной обсерватории в мае 2009 года. Главная задача этого прибора — изучение вселенской «космической паутины».
Почти ни у кого сегодня нет сомнений в том, что Вселенная по своей средне- и крупномасштабной структуре похожа на гигантскую трехмерную паутину. Ее нити-филаменты состоят из сгустков темной материи, которые окружены водородом и другими компонентами межгалактической среды. В точках пересечения этих нитей находятся плотные комки видимой материи — отдельные галактики и их группы. В июле 2012 года астрофизики смогли обнаружить одну из таких паутинок, соединяющих галактики Abell 222 и Abell 223, благодаря искажениям в свете далеких звезд, которые вызывала темная материя.
Авторов статьи интересовала не темная материя филаментов, а прилипший к ним газ межгалактической среды. Химический состав и физические свойства этого газа хорошо известны астрономам, что позволяет использовать его в качестве своеобразного космического зеркала, отражающего историю Вселенной в далеком прошлом. Когда излучение далеких галактик и квазаров проходит через нить космической паутины на пути к Земле, нейтральные атомы водорода в ней активно поглощают фотоны ультрафиолета.

Паутина, соединяющая галактики Abell 222 и Abell 223.
В результате этого в спектре этих объектов возникает лес Лайман-альфа — набор из множества темных линий, частота расположения, толщина и другие параметры которых могут рассказать многое об облике Вселенной и нитей ее паутины в давно минувшие эпохи.
Изучая линии этого космического леса на спектрограммах COS, Коллмайер и ее коллеги заметили, что они были заметно ярче, чем на то указывали компьютерные и математические модели космической паутины. Если текущие теоретические представления о природе нитей паутины и газа в них верны, столь заметный «частокол» из линий поглощения должен возникнуть только лишь в том случае, если бы Вселенная вырабатывала в пять раз больше ультрафиолета, чем на то указывают наблюдения за квазарами и активными галактиками.
Столь сильное и неожиданное расхождение между теориями и реальностью озадачило ученых, и они попытались найти источник недостающего ультрафиолета и причину столь сильной ионизации водорода в межгалактических связях. Сначала авторы статьи предположили, что газ в них гораздо горячее, чем мы думаем. Когда астрономы учли этот фактор в компьютерной модели космической паутины, им стало очевидно, что трюк не работает: даже при повышении температуры газа в 10 раз лес Лайман-альфа оставался недостаточно ярким. Другие попытки спасти общепринятую модель паутины — увеличение дальнобойности ультрафиолетовых фотонов, мощности квазаров и других галактических феноменов — закончились столь же неудачно.
Все это заставило Коллмайер и ее коллег развести руками и констатировать начало «кризиса ультрафиолетового недопроизводства» в астрофизике межзвездной среды. По их словам, есть два возможных объяснения этого феномена, оба из которых не нравятся самим ученым. Первое из них — мы ошибаемся в наших представлениях о плотности и структуре межзвездной среды, что крайне маловероятно с точки зрения авторов статьи. Второе — недостающие ультрафиолетовые фотоны могут возникать в результате распада или аннигиляции темной материи в нитях паутины или в галактических гало — «бубликах» из темной материи, окружающих все существующие галактики Вселенной.
«Нам крайне интересно думать о том, что «пропавшие» фотоны возникают не в квазарах или галактиках, а в каких-то экзотических и неведомых нам источниках. — пояснил другой участник исследования Нил Катц из университета штата Массачусетс. — С другой стороны, можно с уверенностью говорить о наступлении кризиса в этой области астрофизики, если мы всерьез начинаем говорить о распадающейся темной материи».