Fehlende Lichtkrise: Das Universum scheint etwas zu dunkel

Es gibt nur wenige Momente, die atemberaubender sind, als unter einem strahlenden Sternenhimmel zu stehen. Die Milchstraße, die oben in ein kosmisches Blatt aus Farben und Mustern gehüllt ist, weist auch darauf hin, dass es mehr gibt, als man denkt.

Die meisten von uns sehnen sich nach diesen dunklen Nächten, weit weg von den Lichtern der Stadt. Aber eine neue Studie legt nahe, dass das Universum ein wenig ist zu dunkel.

Die weiten Bereiche des leeren Raums werden von Wasserstoff- und Heliumfilamenten überbrückt. Es besteht jedoch ein Unterschied zwischen der erwarteten Helligkeit der großräumigen Struktur des Universums und der tatsächlichen Helligkeit.

In einer kürzlich durchgeführten Studie stellte ein Team von Astronomen unter der Leitung von Juna Kollmeier vom Carnegie Institute for Science fest, dass das Licht bekannter Populationen von Sternen und Quasaren bei weitem nicht ausreicht, um Beobachtungen von intergalaktischem Wasserstoff zu erklären.

In einem hell erleuchteten Universum wird intergalaktischer Wasserstoff leicht durch energetische Photonen zerstört, was bedeutet, dass Bilder der großräumigen Struktur tatsächlich dunkler erscheinen. Während in einem trüben Universum weniger Photonen vorhanden sind, um den intergalaktischen Wasserstoff zu zerstören, erscheinen die Bilder heller.

Hubble-Weltraumteleskop-Beobachtungen der großräumigen Struktur zeigen ein hell erleuchtetes Universum. Supercomputersimulationen, bei denen nur die bekannten ultravioletten Lichtquellen verwendet werden, erzeugen jedoch ein schwach beleuchtetes Universum. Der Unterschied beträgt beeindruckende 400 Prozent.

Beobachtungen zeigen, dass die ionisierenden Photonen von heißen, jungen Sternen fast immer von Gas in der Wirtsgalaxie absorbiert werden, so dass sie niemals entweichen, um intergalaktischen Wasserstoff zu beeinflussen. Der notwendige Schuldige könnte die bekannte Anzahl von Quasaren sein, die weitaus geringer ist als zur Erzeugung des erforderlichen Lichts erforderlich.

"Entweder ist unsere Darstellung des Lichts von Galaxien und Quasaren sehr weit entfernt, oder es gibt eine andere Hauptquelle für ionisierende Photonen, die wir nie erkannt haben", sagte Kollmeier in einer Pressemitteilung. „Wir nennen dieses fehlende Licht die Krise der Photonenunterproduktion. Aber es sind die Astronomen, die sich in einer Krise befinden – irgendwie kommt das Universum gut miteinander aus. "

Seltsamerweise tritt diese Nichtübereinstimmung nur im nahe gelegenen, relativ gut untersuchten Kosmos auf. Im frühen Universum summiert sich alles.

"Die Simulationen passen wunderbar zu den Daten im frühen Universum und zu den lokalen Daten, wenn wir davon ausgehen dürfen, dass dieses zusätzliche Licht wirklich vorhanden ist", sagte Co-Autor Ben Oppenheimer von der University of Colorado. "Es ist möglich, dass die Simulationen nicht die Realität widerspiegeln, was für sich genommen eine Überraschung wäre, da intergalaktischer Wasserstoff die Komponente des Universums ist, von der wir glauben, dass wir sie am besten verstehen."

Also versuchen Astronomen, das fehlende Licht zu beleuchten.

"Die aufregendste Möglichkeit ist, dass die fehlenden Photonen aus einer exotischen neuen Quelle stammen, nicht aus Galaxien oder Quasaren", sagte Co-Autor Neal Katz von der University of Massachusetts in Amherst.

Das Team erforscht diese neuen Quellen mit Nachdruck. Es ist möglich, dass es im nahe gelegenen Universum eine unentdeckte Population von Quasaren gibt. Oder exotischer könnten die Photonen aus der Vernichtung dunkler Materie erzeugt werden.

"Das Tolle an einer 400-prozentigen Diskrepanz ist, dass Sie wissen, dass etwas wirklich nicht stimmt", sagte Co-Autor David Weinberg von der Ohio State University. "Wir wissen immer noch nicht genau, was es ist, aber zumindest eine Sache, von der wir dachten, wir wüssten etwas über das heutige Universum, ist nicht wahr."

Die Ergebnisse wurden in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht und sind online verfügbar.

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