Impulsuri misterioase de unde radio din întregul univers, numite emisii radio rapide, îi ajută pe astronomi să inventarieze materia. ESO/M. Kornmesser, CC BY-SA
Dacă privești spațiul cu un telescop, vei vedea nenumărate galaxii, dintre care majoritatea găzduiesc găuri negre centrale masive, miliarde de stele și planetele care le însoțesc. Universul abundă în obiecte uriașe și spectaculoase, iar la prima vedere ar putea părea că aceste structuri masive conțin cea mai mare parte a materiei din univers.
Însă teoria Big Bangului prezice că aproximativ 5% din conținutul universului ar trebui să fie format din atomi alcătuiți din protoni, neutroni și electroni. Majoritatea acestor atomi nu se regăsesc în stele și galaxii – o discrepanță care i-a nedumerit mult timp pe astronomi.
Dacă nu se află în stelele și galaxiile vizibile, cel mai probabil loc în care se ascunde materia este spațiul întunecat dintre galaxii. Deși spațiul este adesea descris ca un vid, el nu este complet gol. Particule și atomi individuali sunt dispersați în spațiul dintre stele și galaxii, formând o rețea întunecată, filamentară, numită „rețeaua cosmică”.
De-a lungul carierei mele de astronom, am studiat această pânză cosmică și știu cât de dificil este să contabilizezi materia răspândită în întregul spațiu.
Într-un studiu publicat în iunie 2025, o echipă de oameni de știință a folosit o tehnică radio unică pentru a finaliza recensământul materiei obișnuite din univers.
Inventarul materiei obișnuite
Cel mai evident loc în care să cauți materia obișnuită este în stele. Gravitația adună stelele în galaxii, iar astronomii pot număra galaxiile din întregul univers observabil.
Inventarul ajunge la câteva sute de miliarde de galaxii, fiecare alcătuită din câteva sute de miliarde de stele. Aceste cifre sunt incerte, deoarece multe stele se află în afara galaxiilor. Rezultă o estimare de aproximativ 10²³ de stele în univers, adică de sute de ori mai multe decât numărul boabelor de nisip de pe toate plajele Pământului. Numărul total de atomi din univers este estimat la 10⁸².
Totuși, acest număr impresionant este departe de a explica întreaga cantitate de materie prezisă de teoria Big Bangului. O analiză atentă arată că stelele conțin doar 0,5% din materia universului. De zece ori mai mulți atomi plutesc, probabil, liberi în spațiu. Doar 0,03% din materie este reprezentată de elemente altele decât hidrogenul și heliul, inclusiv carbonul și toți constituenții de bază ai vieții.
Privind între galaxii
Mediul intergalactic – spațiul dintre galaxii – este aproape un vid total, cu o densitate de un atom pe metru cub. Aceasta este mai puțin de o miliardime dintr-o miliardime din densitatea aerului de pe Pământ. Chiar și la această densitate extrem de mică, acest mediu difuz însumează o cantitate mare de materie, având în vedere dimensiunea enormă a universului, cu un diametru de 92 de miliarde de ani-lumină.
Mediul intergalactic este foarte fierbinte, cu temperaturi de milioane de grade. Acest lucru îl face dificil de observat, cu excepția utilizării telescoapelor cu raze X, deoarece gazul foarte fierbinte radiază la lungimi de undă extrem de scurte, din domeniul razelor X. Telescoapele cu raze X au o sensibilitate limitată, deoarece sunt mai mici decât majoritatea telescoapelor optice.
Utilizarea unui instrument nou
Astronomii au folosit recent un instrument nou pentru a rezolva problema materiei lipsă. Emisiile radio rapide (eng. fast radio bursts) sunt rafale intense de unde radio care pot emite, într-o milisecundă, tot atâta energie cât emite Soarele în trei zile.
Descoperite pentru prima dată în 2007, aceste explozii s-au dovedit a fi produse de rămășițe stelare compacte din galaxii îndepărtate. Energia lor se diminuează pe măsură ce se propagă prin spațiu, iar în momentul în care ajunge pe Pământ este de o mie de ori mai slabă decât ar fi semnalul unui telefon mobil emis de pe Lună și recepționat pe Pământ.
Cercetări de la începutul anului 2025 sugerează că sursa acestor explozii este regiunea hiper-magnetică din jurul unei stele neutronice ultra-compacte. Stelele neutronice sunt rămășițe extrem de dense ale stelelor masive care s-au prăbușit sub propria gravitație după o explozie de supernovă. Tipul particular de stea neutronică ce emite explozii radio se numește magnetar și are un câmp magnetic de o mie de trilioane de ori mai puternic decât cel al Pământului.
Un magnetar este un tip rar de stea neutronică, cu un câmp magnetic extrem de puternic. ESO/L. Calçada, CC BY-ND
Deși astronomii nu înțeleg pe deplin emisiile radio rapide, le pot folosi pentru a sonda spațiile dintre galaxii. Pe măsură ce exploziile se deplasează prin spațiu, interacțiunile cu electronii din gazul intergalactic fierbinte încetinesc preferențial lungimile de undă mai mari. Semnalul radio se întinde, într-un mod analog cu felul în care o prismă transformă lumina solară într-un curcubeu. Astronomii folosesc gradul acestei întinderi pentru a calcula cât gaz a traversat explozia în drumul său spre Pământ.
Mister rezolvat
În noul studiu, publicat în iunie 2025, o echipă de astronomi de la Caltech și Harvard Center for Astrophysics a analizat 69 de emisii radio rapide folosind un ansamblu de 110 radiotelescoape din California. Echipa a constatat că 76% din materia obișnuită a universului se află în spațiul dintre galaxii, alte 15% în halourile galaxiilor – regiunile care înconjoară stelele vizibile ale unei galaxii –, iar restul de 9% în stele și gaz rece din interiorul galaxiilor.
Contabilizarea completă a materiei obișnuite din univers reprezintă o confirmare puternică a teoriei Big Bangului. Această teorie prezice abundența materiei obișnuite formate în primele minute ale universului, iar prin recuperarea celor 5% preziși, teoria trece un test critic.
Au fost deja observate câteva mii de emisii radio rapide, iar un viitor ansamblu de radiotelescoape va crește probabil rata de descoperire la 10.000 pe an. Un eșantion atât de mare va permite transformarea exploziilor radio rapide în instrumente puternice pentru cosmologie. Cosmologia este studiul dimensiunii, formei și evoluției universului. Exploziile radio ar putea depăși simpla numărare a atomilor, ajungând la cartografierea structurii tridimensionale a pânzei cosmice.
Diagrama circulară a universului
Oamenii de știință ar putea avea acum imaginea completă a distribuției materiei obișnuite, însă cea mai mare parte a universului este alcătuită din substanțe pe care încă nu le înțeleg pe deplin.
Cele mai abundente componente ale universului sunt materia întunecată și energia întunecată, ambele slab înțelese. Energia întunecată provoacă expansiunea accelerată a universului, iar materia întunecată este „adezivul” invizibil care menține galaxiile și universul ca întreg.
Deși fizicienii nu știu prea multe despre ea, materia întunecată reprezintă aproximativ 27% din univers.
Materia întunecată este probabil un tip de particulă fundamentală încă nestudiată, care nu face parte din modelul standard al fizicii particulelor. Fizicienii nu au reușit încă să detecteze această particulă nouă, dar știm că ea există, deoarece, conform relativității generale, masa curbează traiectoria luminii și se observă existența unui fenomen numit „lentilă gravitațională”, care nu poate fi explicat doar prin materia vizibilă. Prin lentilă gravitațională, un roi de galaxii curbează și amplifică lumina într-un mod analog unei lentile optice. Materia întunecată depășește ca masă materia obișnuită de peste cinci ori.
Un mister poate fi considerat rezolvat, dar unul mai mare rămâne. Deși materia întunecată este încă enigmatică, știm acum foarte multe despre atomii obișnuiți care ne alcătuiesc pe noi, ca oameni, și lumea din jurul nostru.
Traducere după Most normal matter in the universe isn’t found in planets, stars or galaxies de Chris Impey, profesor de astronomie, University of Arizona.
