Die fehlende Materie des Universums. Gefunden!

In den 1960er Jahren bemerkten Astronomen, dass dem Universum eine gewisse Masse zu fehlen schien. Zwischen den laufenden Beobachtungen des Kosmos und der Allgemeinen Relativitätstheorie stellten sie fest, dass ein großer Teil der Masse im Universum unsichtbar sein musste. Aber selbst nach der Einbeziehung dieser „dunklen Materie“ konnten Astronomen nur etwa zwei Drittel der gesamten sichtbaren (auch als baryonisch bezeichneten) Materie ausmachen.

Dies führte zu dem, was Astrophysiker das „Problem des fehlenden Baryons“ nannten. Aber endlich haben Wissenschaftler herausgefunden, was möglicherweise die letzte fehlende normale Materie im Universum ist. Laut einer aktuellen Studie eines Teams internationaler Wissenschaftler besteht diese fehlende Materie aus Filamenten aus hochionisiertem Sauerstoffgas, die im Raum zwischen Galaxien liegen.

Die Studie mit dem Titel „Beobachtungen der fehlenden Baryonen im warm-heißen intergalaktischen Medium“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur. Die Studie wurde von Fabrizio Nicastro, einem Forscher des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Rom, geleitet und umfasste Mitglieder des niederländischen SRON-Instituts für Weltraumforschung, des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA) und des Instituto de Astronomia Universidad Nacional Autonoma de Mexico, das Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, das Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP-UNLP) und mehrere Universitäten.

Für ihre Studie konsultierte das Team Daten aus einer Reihe von Instrumenten, um den Raum in der Nähe eines Quasars namens 1ES 1553 zu untersuchen. Quasare sind extrem massive Galaxien mit aktiven galaktischen Kernen (AGN), die enorme Mengen an Energie emittieren. Diese Energie ist das Ergebnis der Ansammlung von Gas und Staub an supermassiven Schwarzen Löchern (SMBHs) im Zentrum ihrer Galaxien, was dazu führt, dass die Schwarzen Löcher Strahlung und Strahlen überhitzter Partikel emittieren.

In der Vergangenheit glaubten Forscher, dass von der normalen Materie im Universum ungefähr 10% in Galaxien gebunden waren, während 60% in diffusen Gaswolken existierten, die die weiten Räume zwischen Galaxien füllen. Dies ließ jedoch immer noch 30% der normalen Materie unberücksichtigt. Diese Studie, die den Höhepunkt einer 20-jährigen Suche darstellte, versuchte festzustellen, ob die letzten Baryonen auch im intergalaktischen Raum gefunden werden konnten.

Diese Theorie wurde von Charles Danforth, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter an der CU Boulder und Mitautor dieser Studie, in einem 2012 erschienenen Artikel vorgeschlagen Das astrophysikalische Journal – mit dem Titel „Die Baryonenzählung in einem mehrphasigen intergalaktischen Medium: 30% der Baryonen fehlen möglicherweise noch“. Darin schlug Danforth vor, dass die fehlenden Baryonen wahrscheinlich im warm-heißen intergalaktischen Medium (WHIM) gefunden werden, einem netzartigen Muster im Raum, das zwischen Galaxien existiert.

Wie Michael Shull – Professor für Astrophysik und Planetenwissenschaften an der University of Colorado Boulder und einer der Mitautoren der Studie – angedeutet hat, schien dieses wilde Terrain der perfekte Ort für einen Blick zu sein: „Hier ist die Natur sehr pervers geworden ," er sagte. "Dieses intergalaktische Medium enthält Gasfilamente bei Temperaturen von einigen tausend Grad bis zu einigen Millionen Grad."

Um diese Theorie zu testen, verwendete das Team Daten aus dem Cosmic Origins Spectrograph (COS) des Hubble-Weltraumteleskops, um das WHIM in der Nähe des Quasars 1ES 1553 zu untersuchen. Anschließend verwendeten sie die Röntgen-Multi-Mirror-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) (ESA). XMM-Newton), um genauer nach Anzeichen der Baryonen zu suchen, die in Form hochionisierter Sauerstoffgasstrahlen auftraten, die auf Temperaturen von etwa 1 Million ° C (1,8 Millionen ° F) erhitzt wurden.

Zunächst verwendeten die Forscher das COS des Hubble-Weltraumteleskops, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wo sie die fehlenden Baryonen in der WHIM finden könnten. Als nächstes haben sie diese Baryonen mit dem XMM-Newton-Satelliten gefunden. Bei den von ihnen aufgezeichneten Dichten gelangte das Team zu dem Schluss, dass dieses superionisierte Sauerstoffgas bei Extrapolation auf das gesamte Universum die letzten 30% der normalen Materie ausmachen könnte.

Wie Prof. Shull angedeutet hat, lösen diese Ergebnisse nicht nur das Rätsel der fehlenden Baryonen, sondern können auch Aufschluss darüber geben, wie das Universum begann. "Dies ist eine der wichtigsten Säulen beim Testen der Urknalltheorie: Herausfinden der Baryonenzählung von Wasserstoff und Helium und allem anderen im Periodensystem", sagte er.

Mit Blick auf die Zukunft gab Shull an, dass die Forscher hoffen, ihre Ergebnisse durch die Untersuchung hellerer Quasare zu bestätigen. Shull und Danforth werden auch untersuchen, wie das Sauerstoffgas in diese Regionen des intergalaktischen Raums gelangt ist, obwohl sie vermuten, dass es dort im Laufe von Milliarden von Jahren aus Galaxien und Quasaren geblasen wurde. In der Zwischenzeit bleibt jedoch offen, wie die „fehlende Materie“ Teil des WHIM wurde. Wie Danforth fragte:

„Wie kommt es von den Sternen und Galaxien bis in den intergalaktischen Raum? Zwischen den beiden Regionen herrscht eine Art Ökologie, deren Einzelheiten kaum verstanden werden. "

Unter der Annahme, dass diese Ergebnisse korrekt sind, können Wissenschaftler nun Modelle der Kosmologie vorantreiben, in denen alle notwendigen „normalen Materien“ berücksichtigt werden, wodurch wir dem Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Universums einen Schritt näher kommen. Wenn wir nur diese schwer fassbare dunkle Materie und dunkle Energie finden könnten, hätten wir ein vollständiges Bild des Universums! Na ja, ein Rätsel nach dem anderen …

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