Анатоль Франс, кажется, знал толк в иронии: «Мы не знаем, как поступить с нашей коротенькой жизнью, но…» — а вселенная тем временем прячет от нас половину собственного вещества. Не тёмную материю, о которой спорят десятилетиями, а самую обычную, состоящую из протонов и нейтронов — ту, из которой сделаны звёзды, планеты и мы сами. Астрофизики давно подозревали, что видимая часть космоса — лишь малая доля реальности, но пропажа целой половины обычной материи заставляет взглянуть на ночное небо иначе: что же мы упускаем?

Охота за невидимкой

Последние десять лет изучения ближних окрестностей нашей Галактики рисуют странную картину. Лишь около 5% всего содержимого Вселенной существует в форме привычной нам материи. Остальное — тёмная энергия и тёмная материя, гипотетическая субстанция, которую астрономы ввели в уравнения, когда поняли: гравитационные силы, удерживающие галактики и их скопления, слишком велики. Звёзды, газопылевые облака и прочие видимые в телескопы объекты не могут объяснить такое притяжение — расчёты показывали, что сила тяжести должна быть в несколько раз больше наблюдаемой. Так родилась идея материи, не взаимодействующей с электромагнитным излучением и потому невидимой для телескопов. Её назвали тёмной, предположив, что она состоит из массивных частиц, крайне слабо взаимодействующих с атомами обычного вещества.

Но даже в том, что касается «видимой» материи, учёных ждал сюрприз. Телескопы, наземные и орбитальные, фиксируют звёзды и межгалактический газ, однако их суммарное количество протонов и нейтронов — лишь половина от теоретически рассчитанного. Вторая половина остаётся неуловимой, ускользающей от прямого наблюдения. Куда делась эта «пропавшая материя»?

Горячий след в скоплениях

Ключ к разгадке нашёлся в скоплениях галактик. Там астрономы обнаружили огромные объёмы горячего газа, излучающего в рентгеновском диапазоне. Его масса в несколько раз превышает массу всех звёзд этих галактик. Это навело на мысль: пропавшая материя, возможно, похожа на этот газ по своей природе, но чуть холоднее и менее плотная — настолько, что её почти невозможно заметить. Учёные назвали её «тёплой межгалактической средой» (Warm-Hot Intergalactic Medium, WHIM).

Прямое наблюдение такой среды исключено — она слишком разрежена и холодна для яркого свечения. Но она выдаёт себя иначе: поглощая рентгеновское излучение, проходящее сквозь неё от далёких источников. Задача напоминает попытку разглядеть тень невидимого предмета на ярком фоне.

Блазары как фонари

В последние пять лет астрономы использовали блазар Маркариан 421 — активную галактику, чьё излучение направлено прямо на Землю, — как своего рода космический фонарь. Окрестности этого объекта, по всей вероятности, заполнены тёплой межгалактической средой, и её следы должны проявляться в спектре блазара как слабое поглощение рентгеновских лучей. Однако решающий прорыв совершила группа доктора Таотао Фэнга из Калифорнийского университета, сосредоточившись на другом объекте — скоплении галактик под названием Стена Скульптора.

Стена Скульптора — колоссальная структура, протянувшаяся на десятки миллионов световых лет и имеющая волокнистое строение. Она содержит тысячи галактик, и среди них — блазар H2356-309, мощный источник рентгеновского излучения. Именно направленность его лучей в сторону нашей планеты сделала его идеальной мишенью: астрономам легче уловить малейшее поглощение, указывающее на присутствие тёплой среды.

Инструменты и открытие

С помощью двух рентгеновских обсерваторий — телескопа НАСА «Чандра» и телескопа Европейского космического агентства «XMM-Ньютон» — профессор Фэнг и его коллеги провели тщательные наблюдения. Им удалось зафиксировать в окрестностях блазара H2356-309 ту самую тёплую межгалактическую среду, причём именно с теми температурой и плотностью, которые были предсказаны теорией. Это первое надёжное обнаружение пропавшей материи в волокнистой структуре космической паутины.

Любопытно, что сама Стена Скульптора демонстрирует ту же крупномасштабную волокнистую структуру, что и обнаруженная в ней тёплая среда. Такое совпадение подкрепляет гипотезу о том, что пропавшая материя не размазана равномерно, а собрана в гигантские нити, оплетающие пустоты между галактиками.

Что дальше?

Открытие не просто заполняет бухгалтерский баланс вселенной — оно меняет представление о том, как формировались и эволюционировали космические структуры. Тёплая межгалактическая среда может оказаться тем резервуаром, из которого галактики черпали вещество в эпоху своего бурного роста. Теперь, когда существование WHIM подтверждено наблюдениями, астрофизики смогут уточнить модели эволюции Вселенной и, возможно, приблизиться к пониманию того, как именно обычная материя распределилась по космосу после Большого взрыва.

Анатоль Франс, вероятно, улыбнулся бы, узнав, что человечество, ещё не разобравшись с собственной короткой жизнью, уже заглядывает в межгалактические пустоты в поисках невидимого. Впрочем, это и есть наше предназначение — задавать вопросы, ответы на которые прячутся в тенях между звёзд.