Astronomer har använt mystiska snabba radioskurar för att lösa ett årtionden gammalt mysterium om "saknad materia, " länge förutspått att existera i universum, men aldrig tidigare upptäckt. Forskarna har fastställt att all den oförklarade normala materien finns i det stora utrymmet mellan stjärnor och galaxer, som beskrivs i dagboken Natur .

Huvudförfattare docent Jean-Pierre Macquart, från Curtin University-noden vid International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) sa att astronomer har letat efter det saknade ämnet i nästan 30 år.

"Vi vet från mätningar av Big Bang hur mycket materia det fanns i början av universum, " sa han. "Men när vi tittade ut i det nuvarande universum, vi kunde inte hitta hälften av det som borde finnas där. Det var lite pinsamt. Det intergalaktiska utrymmet är väldigt sparsamt. Det saknade materialet motsvarade bara en eller två atomer i ett rum lika stort som ett genomsnittligt kontor. Så det var väldigt svårt att upptäcka den här saken med traditionella tekniker och teleskop."

Forskarna kunde direkt upptäcka det saknade materialet med hjälp av fenomenet snabba radioskurar - korta energiblixtar som verkar komma från slumpmässiga håll på himlen och varar i bara millisekunder. Forskare vet ännu inte vad som orsakar dem, men det måste involvera otrolig energi, motsvarande den mängd som släppts ut av solen på 80 år. De har varit svåra att upptäcka eftersom astronomer inte vet när och var de ska leta efter dem.

Docent Macquart sa att teamet upptäckte det saknade ämnet genom att använda snabba radioskurar som "kosmiska vägningsstationer."

"Strålningen från snabba radioskurar sprids ut av det saknade materialet på samma sätt som du ser solljusets färger separeras i ett prisma, " sa han. "Vi har nu kunnat mäta avstånden till tillräckligt snabba radioskurar för att bestämma universums densitet. Vi behövde bara sex för att hitta det här saknade ämnet."

Det som saknas i det här fallet är baryoniskt, eller "normal" materia - som protonerna och neutronerna som utgör stjärnor, planeter och människor. Det är annorlunda än mörk materia, som förblir svårfångad och står för cirka 85% av den totala materien i universum.

Medförfattare professor J. Xavier Prochaska, från UC Santa Cruz, säger att forskare utan framgång har sökt efter detta saknade ämne med de största teleskopen i mer än 20 år. "Upptäckten av snabba radioskurar och deras lokalisering till avlägsna galaxer var de viktigaste genombrotten som behövdes för att lösa detta mysterium, " han sa.

Docent Ryan Shannon, en annan medförfattare från Swinburne University of Technology, sa att nyckeln var teleskopet som användes, CSIRO:s Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) radioteleskop. "ASKAP har båda ett brett synfält, ungefär 60 gånger så stor som fullmånen, och kan ta bilder i hög upplösning, ", sa han. "Detta betyder att vi kan fånga skurarna med relativ lätthet och sedan fastställa platser till deras värdgalaxer med otrolig precision.

"När skuren kommer fram till teleskopet, den spelar in en live-actionrepris inom en bråkdel av en sekund, " sa Dr Keith Bannister från Australiens nationella vetenskapsbyrå, CSIRO, som designade pulsfångningssystemet som används i denna forskning. "Detta gör det möjligt för precisionen att bestämma platsen för den snabba radiosprängningen till bredden av ett människohår som hålls 200 meter bort, " han sa.

Docent Macquart sa att forskargruppen också hade fastställt förhållandet mellan hur långt borta en snabb radioskur är och hur utbrottet sprider sig när det färdas genom universum. "Vi har upptäckt motsvarigheten till Hubble-Lemaitre-lagen för galaxer, endast för snabba radioskurar, " sa han. "Hubble-Lemaitre-lagen, som säger ju längre en galax är från oss, ju snabbare det går ifrån oss, underbygger alla mätningar av galaxer på kosmologiska avstånd."

De snabba radioskurarna som användes i studien upptäcktes med ASKAP, som ligger vid Murchison Radio-astronomy Observatory i västra Australien. Det internationella teamet som var involverat i upptäckten inkluderade astronomer från Australien, USA och Chile. ASKAP är en föregångare till det framtida Square Kilometer Array (SKA) teleskopet. SKA kunde observera ett stort antal snabba radioskurar, ger astronomer större förmåga att studera den tidigare osynliga strukturen i universum.

"A census of baryons in the universe from localized fast radio bursts" publicerades i Natur den 28 maj, 2020.