Kogu universumis leiduvast ainest moodustab umbes 85 protsenti salapärane ja silmale nähtamatu tumeaine, mis annab enda olemasolust märku vaid gravitatsiooni vahendusel. Ülejäänu moodustab tavaline aine, mis koosneb aatomitest ja need omakorda tuumaosakestest. Erinevalt tumeainest võib tavaline aine valgusega vastastikmõjju astuda ja on seega nähtav, vahendab Space.com.

Planeedisüsteemides, galaktikates ja isegi ülimassiivsetes mustades aukudes kokku leidub aga tavalist ainet kaugelt vähem, kui mudelite põhjal nähtavat ainet universumis olema peaks. Puuduv mass on kosmoseteadlasi nörritanud juba pikka aega. Neist osa on kathlustanud, et puuduv barüon-aine paikneb hajusalt ja äärmiselt hõredalt galaktikaid ümbritsevates halodes. Samuti võiks seda leiduda galaktikate vahelises ruumis triivivates hajuspilvedes. Aineosakesed paistsid asuvat üksteisest aga liiga kaugel, et nende lähedalt mööduvale valgusele oma sõrmejälg jätta.

Nüüd leidis rühm USA astronoome enda sõnul kaua kadunud aine üles. Selleks kasutasid nad kiireid ja üliintensiivseid raadiolainete purskeid ehk FRB-sid. Lühikesed FRB-d tekitavad nii võimsa valguskuma, et see tungib läbi oma algallika ja Maa vahele jääva kosmilise udu ehk on Maalt vaadates nähtav. 

Töörühma juhi ja Harvardi & Smithsoniani astrofüüsikakeskuse (CfA) teaduri Liam Connori sõnul saavad teadlased sel juhul ära mõõta, kui palju valguse kiirus hajusat udu läbides väheneb. Seeläbi on neil juba võimalik välja arvutada kosmilise udu mass, isegi kui see on märkamiseks liiga tuhm.

Kosmilised valgusvihud

Kiired raadiopursked kestavad vaid mõne millisekundi. Selle lühikese aja jooksul suudavad nende allikad kiirata aga sama palju energiat kui kiirgub Päikesest 30 aasta jooksul. Pursete täpsed lähtepunktid on siiani suuresti teadmata. Kuna need kestavad nii lühikest aega ja enamik neist ei kordu kunagi, on teadlastel raadiolainete algallikani jõuda äärmiselt raske.

Siiski kasutavad astronoomid juba mõnda aega FRB-sid, et mõõta piltlikult öeldes galaktikatevahelise aine massi. Purset saab kasutada FRB ja Maa vahele jääva aine kaaluna aga vaid juhul, kui sellel on kindel lähtepunkt, mille kaugust Maast on teadlastele teada. Seni on astronoomidel õnnestunud üles leida vaid umbes saja purske lähtepunkt.

Nüüd kasutasid Liam Connor ja kolleegid 69 teadaoleva algpunktiga FRB-d, mis said alguse Maast 11,7 miljoni kuni umbes 9,1 miljardi valgusaasta kauguselt. Seejuures on 9,1 miljardi valgusaasta kaugusele jääv FRB koodnimega 20230521B seni leitud purskelätetest Maast kõige kaugem.

Ainet läbides murdub purskevalgus erinevateks lainepikkusteks. Argielulisema näitena saab seda võrrelda päikesevalguse läbi prisma suunamisega: tekib silmnähtav eri lainepikkusel valgustest koosnev vikerkaaremuster.

Erineval lainepikkusel elektromagnetkiirguse lahknemisnurka saavad teadlased ära kasutada ja selle abil kindlaks teha, kui palju on FRB läbitud pilvede või muude kosmiliste struktuuride koostises ainet. Mida rohkem see murdub, seda rohkem on seal ka ainet.

Uuringu ühe autori ja Caltechi kaasprofessori Vikram Ravi sõnul näevad teadlased piltlikult öeldes kõigi pilves peituvate barüonide varje, mille heidab neile langenud FRB-valgus. Võrdlusena on inimese enda nägemine tema varju nägemisest kindlasti kõnekam, kuid vari kinnitab Ravi sõnul siiski inimese kohalolu ja annab aimu tema mõõtmetest.

Töörühm tegi kindlaks, et umbes 76 protsenti kogu universumi tavalisest ainest peitub galaktikate vahele jäävas ruumis. Nad leidsid, et veel 15 protsenti tavaainet on lukustatud galaktikaid ümbritsevatesse hiiglaslikesse hajusatesse halodesse. Ülejäänud üheksa protsenti paistab aga olevat koondunud tähtede ja külmema gaasi kujul galaktikatesse.

Töörühma välja arvutatud aine paiknemisjaotus klapib varasemate universumi arengu simulatsiooni mudelite ennustustega. Nende vaatlusandmed on aga esimesed, mis ennustusi päriselt kinnitavad. Leid võib aidata paremini mõista galaktikate paisumist. Ravi sõnul on see siiski alles esimene samm, et FRB-dest saaks kosmoloogias oluline tööriist. 

Uurimus ilmus ajakirjas Nature Astronomy.