Днес виждаме безброй звезди и галактики, които блестят във Вселената, но колко материя има в действителност? Въпросът е достатъчно прост - отговорът му обаче се оказва доста труден.

Тази дилема съществува най-вече поради факта, че настоящите космологични наблюдения просто не са съгласни с това как е разпределена материята в днешната Вселена.

От известна помощ би могла да бъде нова компютърна симулация, която проследява как всички елементи на Вселената - обикновена материя, тъмна материя и тъмна енергия - се развиват в съответствие със законите на физиката. Спиращите дъха визуални изображения показват на практика галактики и купове от галактики, които се проявяват във Вселената, захранвани от така наречената космическа мрежа. Тази мрежа е най-голямата структура във Вселената, изградена от нишки, съставени както от нормална материя, или барионна материя, така и от тъмна материя.

За разлика от предишни симулации, които разглеждаха само тъмната материя, новата работа, извършена в рамките на проект, наречен FLAMINGO (съкращение от Full-hydro Large-scale structure simulations with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations), проследява и обикновената материя.

"Въпреки че тъмната материя доминира в гравитацията, приносът на обикновената материя вече не може да бъде пренебрегван", казва в изявление Йооп Шайе, професор в Лайденския университет в Нидерландия и съавтор на трите нови изследвания по проекта FLAMINGO.

Що се отнася до това колко материя наистина съдържа Вселената, астрономите казват, че компютърни симулации като тази са не само чудесна космическа гледка, но и важни сонди, които помагат да се установи причината за голямото несъответствие в космологията, наречено "напрежение S8". Това е дебат за това как е разпределена материята в Космоса.

Какво е напрежението S8?

Когато изследват Вселената, астрономите понякога работят с т.нар. параметър S8. Този параметър по принцип характеризира колко "купеста" или силно скупчена е цялата материя в нашата Вселена и може да бъде точно измерен с помощта на т.нар. наблюдения на ниски червени премествания. Астрономите използват червеното преместване, за да измерят колко далеч е даден обект от Земята, а изследванията с ниско червено преместване, като например "изследванията на слабата гравитационна леща", могат да осветлят процесите, протичащи в далечната и следователно по-стара Вселена.

Но стойността на S8 може да бъде предсказана и с помощта на стандартния модел на космологията; учените могат основно да настроят модела така, че да съответства на известните свойства на космическия микровълнов фон (КМФ), който е радиацията, останала от Големия взрив, и да изчислят оттам плътността на материята.

И така, нещата стоят по следния начин.

Тези експерименти с КMФ установяват по-висока стойност на S8, отколкото изследванията на слабата гравитационна леща. И космолозите не знаят защо - те наричат това несъответствие напрежението S8.

Всъщност напрежението S8 е назряваща криза в космологията, малко по-различна от известния си братовчед: "напрежението на Хъбъл", което се отнася до несъответствията, с които се сблъскват учените при определянето на скоростта на разширяване на Вселената.

Причината, поради която новата симулация на екипа не дава отговор на напрежението на S8, е, че за разлика от предишните симулации, които разглеждаха само ефектите на тъмната материя върху развиващата се Вселена, най-новата работа взема предвид и ефектите на обикновената материя. За разлика от тъмната материя, обикновената материя се управлява от гравитацията, както и от налягането на газа във Вселената. Например галактическите ветрове, задвижвани от експлозиите на свръхнови и активно акретиращите свръхмасивни черни дупки, са ключови процеси, които преразпределят обикновената материя, като издухват нейните частици в междугалактическото пространство.

Въпреки това дори разглеждането на обикновената материя, както и на някои от най-екстремните галактически ветрове, не е достатъчно, за да се обясни слабото струпване на материя, наблюдавано в днешната Вселена.

Откъде тогава идва това напрежение в S8?

"Не знаем, но това е толкова вълнуващо", казва пред Space.com Иън Маккарти, теоретичен астрофизик от университета "Джон Мурс" в Ливърпул, Великобритания, съавтор на три нови изследвания.

Компютърни симулации като тези, проведени от FLAMINGO, обаче могат да ни приближат с една стъпка. Те могат да помогнат за разкриването на причината за напрежението S8, тъй като една голяма, виртуална карта на Космоса може да помогне за идентифицирането на възможни грешки в сегашните ни измервания. Така например астрономите бавно изключват по-прозаични обяснения на проблема, като например това, че той може да се дължи на обща несигурност при наблюденията на широкомащабни структури.

В действителност, спекулира екипът, може би ефектите на нормалната материя са много по-силни, отколкото в настоящите симулации. Това обаче също изглежда малко вероятно, тъй като симулациите съвпадат много добре с наблюдаваните свойства на галактиките и галактичните купове.

Това е най-голямата главоблъсканица: Вселената е значително по-малко раздробена, отколкото се предвижда от стандартния модел. Но измерванията, които изследват структурите на Вселената между КMФ и измерванията на ниски средни премествания, са "напълно съвместими с предсказанията на стандартния модел", казва Маккарти. "Изглежда, че Вселената се е държала според очакванията за значителна част от космическата история, но нещо се е променило по-късно в космическата история."

Може би ключът към разрешаването на напрежението в S8 се крие в отговора на въпроса какво точно е довело до тази промяна.

Снимка: Unsplash/Flamingo Virgo Consortium

Виж още: Сайтовете с еротично съдържание вече ще изискват доказателство за пълнолетие