Цёпла-гарачае міжгалактычнае асяроддзе

Цёпла-гарачае міжгалактычнае асяроддзе (англ.: Warm–hot intergalactic medium, WHIM) — разрэджаная плазма ў касмічнай прасторы з тэмпературай ад 10⁵ да 10⁷ К (што па астранамічных мерках лічыцца дыяпазонам ад «цёплага» да «гарачага»). Касмолагі мяркуюць, што гэтае рэчыва запаўняе прастору паміж галактыкамі і ўтварае асноўную частку так званага «касмічнага павуціння». Паводле сучасных мадэляў, WHIM утрымлівае прыкладна 40–50 %^[1]^[2] усёй барыённай («звычайнай») матэрыі Сусвету ў бягучай эпосе ягонага развіцця^[3].

Уласцівасці і склад

У адрозненне ад цёмнай матэрыі, WHIM складаецца са звычайнага рэчыва — барыёнаў (у асноўным пратонаў і нейтронаў) і электронаў. Фізічна яно ўяўляе сабой высокаіанізаваны газ. Камп’ютарнае мадэляванне буйнамаштабнай структуры Сусвету паказвае, што WHIM утварае валакністую (ніткападобную) сетку, якая злучае скопішчы галактык^[4]. Рэчыва асяроддзя вельмі разрэджанае, сярэдняя шчыльнасць якога складае ўсяго 1–10 часціц на кубічны метр^[5]. Высокая тэмпература (10⁵–10⁷ К) падтрымліваецца праз гравітацыйныя працэсы і актыўнасць галактык. Унутры галактычных філаментаў (валакон) узнікаюць ударныя хвалі газу, выкліканыя актыўнымі ядрамі галактык, а таксама працэсамі зліцця і акрэцыі. Значная частка гравітацыйнай энергіі, якая выдзяляецца пры гэтым, трансфармуецца ў цеплавую энергію праз механізм бессутыкняльнага ўдарнага нагрэву^[1].

Праблема адсутных барыёнаў

Згодна з тэорыяй першаснага нуклеасінтэзу і назіраннямі рэліктавага выпраменьвання, навукоўцы могуць дакладна прадказаць колькасць барыённай матэрыі, якая ўтварылася пасля Вялікага выбуху. Аднак пры падліку бачнай матэрыі ў сучасным Сусвеце (зорак, галактычнага газу, пылу) аказалася, што назіраецца толькі каля паловы ад прадказанай колькасці барыёнаў. Гэтае разыходжанне атрымала назву «праблема адсутных барыёнаў». Гіпотэза пра існаванне WHIM прапануе рашэнне: «згубленыя» барыёны не зніклі, а знаходзяцца ў выглядзе гарачага, цяжкага для выяўлення газу ў міжгалактычнай прасторы^[6]^[7].

Спосабы назірання

Назіранне цёпла-гарачага міжгалактычнага асяроддзя спалучана са значнымі цяжкасцямі. З аднаго боку, газ занадта разрэджаны, каб выпраменьваць дастаткова святла для прамой фіксацыі аптычнымі тэлескопамі. З іншага — ён недастаткова гарачы, каб даваць яркае рэнтгенаўскае свячэнне, уласцівае для гарачага газу ўнутры скопішчаў галактык^[8].

Асноўныя метады дэтэкцыі ўключаюць:^[8]

Рэнтгенаўская спектраскапія паглынання: Пошук ліній паглынання высокаіанізаваных элементаў (напрыклад, кіслароду O VI, O VII або неону Ne VIII) у спектрах далёкіх квазараў. Атамы ў WHIM паглынаюць частку рэнтгенаўскага выпраменьвання фонавых аб’ектаў, пакідаючы характэрны след.
Выпраменьванне ў мяккім рэнтгене: Спробы ўлавіць слабае ўласнае свячэнне газу.
Дысперсія радыёхваль: Аналіз затрымкі сігналаў ад хуткіх радыёўсплёскаў (FRB), якая ўзнікае пры праходжанні радыёхвалі праз іанізаванае асяроддзе.

Гісторыя даследаванняў

Веды пра WHIM доўгі час грунтаваліся пераважна на тэарэтычных разліках і камп’ютарных сімуляцыях, аднак у XXI стагоддзі з’явіліся назіральныя пацверджанні. Так, у траўні 2010 года рэнтгенаўская абсерваторыя «Чандра» выявіла гіганцкі рэзервуар газу ўздоўж структуры, вядомай як Сцяна Скульптара (каля 400 млн светлавых гадоў ад Зямлі). Гэта стала першым значным доказам існавання WHIM у буйных маштабах^[8]^[9].

У 2018 годзе група даследчыкаў, назіраючы за квазарам праз тэлескоп «XMM-Newton», выявіла лініі паглынання высокаіанізаванага кіслароду, якія знаходзіліся менавіта там, дзе прадказвалі мадэлі размеркавання WHIM. Гэта дазволіла навукоўцам заявіць пра фактычнае выяўленне адсутнай барыённай масы^[6].

Нарэшце, у 2020 годзе аўстралійскія астраномы выкарысталі хуткія радыёўсплёскі (FRB) для «ўзвешвання» Сусвету. Вымярэнне дысперсіі радыёсігналаў ад далёкіх галактык паказала шчыльнасць электронаў у міжгалактычнай прасторы, якая дакладна супала з тэарэтычнымі разлікамі масы WHIM^[7].

Калягалактычнае асяроддзе

Канцэптуальна калягалактычнае асяроддзе (circumgalactic medium, CGM) блізкае па прыродзе да WHIM. Яно ўяўляе сабой дыфузнае, амаль нябачнае газавае гало, якое ахоплівае галактыку і запаўняе прастору паміж міжзоркавым асяроддзем і межамі вірыяльнага радыуса. Згодна з сучаснымі навуковымі ўяўленнямі, CGM з’яўляецца важнай крыніцай будаўнічага рэчыва для зоркаўтварэння і іграе ключавую ролю ў рэгуляванні газавых запасаў галактыкі^[10].

Калі б калягалактычнае асяроддзе галактыкі Андрамеды (якое распасціраецца на 1,3–2 мільёны светлавых гадоў) было бачным для чалавечага вока, яно б займала на начным небе ўтрая большую шырыню, чым коўш Вялікага Воза. Гэта быў бы найбуйнейшы аб’ект на небасхіле, які, верагодна, ужо перасякаецца з гало Млечнага Шляху. Аднак дакладна вызначыць мяжу гэтага сутыкнення складана, паколькі назіральнік з Зямлі сам знаходзіцца ўнутры ўласнага калягалактычнага асяроддзя.

Калягалактычнае асяроддзе Андрамеды складзена з дзвюх укладзеных абалонак:

Унутраная абалонка (радыусам каля 0,5 млн св. гадоў), больш дынамічная і турбулентная, што тлумачыцца актыўнымі выкідамі рэчыва ад выбухаў звышновых зорак.
Знешняя абалонка, якая вызначаецца больш высокай тэмпературай і спакойным станам газу^[11].

Гл. таксама

Крыніцы

↑ ^а ^б Bykov, A. M.; et al. (February 2008), Equilibration Processes in the Warm-Hot Intergalactic Medium, Space Science Reviews, 134 (1–4): 141–153, arXiv:0801.1008, Bibcode:2008SSRv..134..141B, doi:10.1007/s11214-008-9309-4, S2CID 17801881.
↑ Moskvitch, Katia (16 September 2018). Astronomers Have Found The Universe's Missing Matter - For decades, some of the atomic matter in the universe had not been located. Recent papers reveal where it's been hiding. Wired. Праверана 16 верасня 2018.
↑ Reimers, D. (2002), Baryons in the diffuse intergalactic medium, Space Science Reviews, 100 (1/4): 89, Bibcode:2002SSRv..100...89R, doi:10.1023/A:1015861926654, S2CID 122465345
↑ Ryden, Barbara; Pogge, Richard (June 2016), Interstellar and Intergalactic Medium, Ohio State Graduate Astrophysics Series, The Ohio State University, pp. 240−244, ISBN 9781108478977
↑ Nicastro, Fabrizio; et al. (January 2008). Missing Baryons and the Warm-Hot Intergalactic Medium. Science. 319 (5859): 55–57. arXiv:0712.2375. Bibcode:2008Sci...319...55N. doi:10.1126/science.1151400. PMID 18174432. S2CID 10622539.
↑ ^а ^б Nicastro, F.; et al. (June 2018), Observations of the missing baryons in the warm-hot intergalactic medium, Nature, 558 (7710): 406–409, arXiv:1806.08395, Bibcode:2018Natur.558..406N, doi:10.1038/s41586-018-0204-1, PMID 29925969, S2CID 49347964.
↑ ^а ^б Macquart, J.-P.; et al. (May 2020), A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts, Nature, 581 (7809): 391–395, arXiv:2005.13161, Bibcode:2020Natur.581..391M, doi:10.1038/s41586-020-2300-2, PMID 32461651, S2CID 218900828.
↑ ^а ^б ^в Huge Chunk of Universe's Missing Matter Found. Space.com. Праверана 2016-12-05.
↑ Last "Missing" Normal Matter Is Found - Sky & Telescope (нявызн.) (14 мая 2010).
↑ Tumlinson, Jason; Peeples, Molly S.; Werk, Jessica K. (2017-08-18). The Circumgalactic Medium. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 55 (1): 389–432. arXiv:1709.09180. Bibcode:2017ARA&A..55..389T. doi:10.1146/annurev-astro-091916-055240. ISSN 0066-4146.
↑ Hubble Shows the True Size of Andromeda (нявызн.) (1 верасня 2020).

[ssr134_1_141-1] а ^б Bykov, A. M.; et al. (February 2008), Equilibration Processes in the Warm-Hot Intergalactic Medium, Space Science Reviews, 134 (1–4): 141–153, arXiv:0801.1008, Bibcode:2008SSRv..134..141B, doi:10.1007/s11214-008-9309-4, S2CID 17801881.

[WRD-20180916-2] Moskvitch, Katia (16 September 2018). Astronomers Have Found The Universe's Missing Matter - For decades, some of the atomic matter in the universe had not been located. Recent papers reveal where it's been hiding. Wired. Праверана 16 верасня 2018.

[ssr100_1_89-3] Reimers, D. (2002), Baryons in the diffuse intergalactic medium, Space Science Reviews, 100 (1/4): 89, Bibcode:2002SSRv..100...89R, doi:10.1023/A:1015861926654, S2CID 122465345

[Ryden2016-4] Ryden, Barbara; Pogge, Richard (June 2016), Interstellar and Intergalactic Medium, Ohio State Graduate Astrophysics Series, The Ohio State University, pp. 240−244, ISBN 9781108478977

[Nicastro-5] Nicastro, Fabrizio; et al. (January 2008). Missing Baryons and the Warm-Hot Intergalactic Medium. Science. 319 (5859): 55–57. arXiv:0712.2375. Bibcode:2008Sci...319...55N. doi:10.1126/science.1151400. PMID 18174432. S2CID 10622539.

[Nicastro2018-6] а ^б Nicastro, F.; et al. (June 2018), Observations of the missing baryons in the warm-hot intergalactic medium, Nature, 558 (7710): 406–409, arXiv:1806.08395, Bibcode:2018Natur.558..406N, doi:10.1038/s41586-018-0204-1, PMID 29925969, S2CID 49347964.

[Macquart2020-7] а ^б Macquart, J.-P.; et al. (May 2020), A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts, Nature, 581 (7809): 391–395, arXiv:2005.13161, Bibcode:2020Natur.581..391M, doi:10.1038/s41586-020-2300-2, PMID 32461651, S2CID 218900828.

[space2016-8] а ^б ^в Huge Chunk of Universe's Missing Matter Found. Space.com. Праверана 2016-12-05.

[skyandtelescope-9] Last "Missing" Normal Matter Is Found - Sky & Telescope (нявызн.) (14 мая 2010).

[10] Tumlinson, Jason; Peeples, Molly S.; Werk, Jessica K. (2017-08-18). The Circumgalactic Medium. Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 55 (1): 389–432. arXiv:1709.09180. Bibcode:2017ARA&A..55..389T. doi:10.1146/annurev-astro-091916-055240. ISSN 0066-4146.

[11] Hubble Shows the True Size of Andromeda (нявызн.) (1 верасня 2020).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]