Was?! Das Universum scheint etwas Licht zu vermissen

Eine außergewöhnliche Menge an ultraviolettem Licht scheint im Universum zu fehlen, haben Wissenschaftler herausgefunden.

Eine mögliche Quelle für dieses fehlende Licht könnte die geheimnisvolle dunkle Materie sein, die den größten Teil der Masse im Kosmos ausmacht. Eine einfachere Erklärung könnte jedoch sein, dass ultraviolettes Licht leichter aus den Galaxien entweicht, als derzeit angenommen wird, so die neue Studie.

Dieses Rätsel beginnt mit Wasserstoff, dem häufigsten Element im Universum, das etwa 75 Prozent der bekannten Materie ausmacht. Hochenergetisches ultraviolettes Licht kann elektrisch neutrale Wasserstoffatome in elektrisch geladene Ionen umwandeln. Die beiden bekannten Quellen für solche ionisierenden Strahlen sind heiße junge Sterne und Quasare, supermassereiche schwarze Löcher, mehr als eine Million Mal so groß wie die Sonne, die außerordentlich viel Licht freisetzen, wenn sie Sterne zerreißen und Materie verschlingen. [Siehe Bilder von schwarzen Löchern im Universum]

Astronomen fanden früher heraus, dass ionisierende Strahlen von heißen jungen Sternen fast immer von Gas in ihren Heimatgalaxien absorbiert werden. Als solche entkommen sie praktisch nie den intergalaktischen Wasserstoff.

Als die Wissenschaftler Supercomputer-Simulationen der Menge des intergalaktischen Wasserstoffs durchführten und ihre Ergebnisse mit Beobachtungen des kosmischen Origins-Spektrographen des Hubble-Weltraumteleskops verglichen, fanden sie heraus, dass die Lichtmenge bekannter Quasare fünfmal niedriger ist als zur Erklärung benötigt die Menge an elektrisch neutralem intergalaktischem Wasserstoff, die beobachtet wurde.

"Es ist, als ob du in einem großen, hell erleuchteten Raum wärst, aber du schaust dich um und siehst nur ein paar 40-Watt-Glühbirnen", schreibt Studienautorin Juna Kollmeier, eine theoretische Astrophysikerin an den Observatorien der Carnegie Institution in Washington Pasadena, Kalifornien, sagte in einer Erklärung. "Woher kommt all das Licht? Es fehlt."

Die Forscher nennen dieses riesige Defizit an ultraviolettem Licht "die Photonenunterproduktionskrise".

"In der modernen Astrophysik findet man sehr selten große Diskrepanzen, wie wir sie hier beschreiben", sagte Kollmeier zu ProfoundSpace.org. "Wenn Sie einen sehen, wissen Sie, dass es eine Gelegenheit gibt, etwas Neues über das Universum zu lernen, und das ist erstaunlich."

"Das Großartige an einer Diskrepanz von 400 Prozent ist, dass man weiß, dass etwas wirklich falsch ist", sagte Co-Autor David Weinberg von der Ohio State University in einer Erklärung. "Wir wissen immer noch nicht genau, was es ist, aber zumindest eine Sache, von der wir dachten, wir wüssten vom Universum der Gegenwart, ist nicht wahr."

Seltsamerweise erscheint dieses fehlende Licht nur im nahen, relativ gut untersuchten Kosmos. Wenn sich Fernrohre auf das Licht von Milliarden von Lichtjahren entfernten Galaxien konzentrieren - und somit von Milliarden von Jahren in der Vergangenheit - ist kein Problem zu sehen. Mit anderen Worten, die Menge an ultraviolettem Licht im frühen Universum macht Sinn, die Menge an ultraviolettem Licht im nahen Universum jedoch nicht.

"Die Autoren haben eine sorgfältige und gründliche Analyse des Problems durchgeführt", sagte der theoretische Astrophysiker Abraham Loeb, Vorsitzender der Astronomie-Abteilung der Harvard University, der nicht an dieser Forschung teilnahm. [Siehe erstaunliche Bilder von Galaxien]

Die aufregendste Möglichkeit, die diese Ergebnisse aufwerfen, ist, dass die fehlenden Photonen von einer exotischen neuen Quelle kommen, nicht von Galaxien oder Quasaren, sagte Kollmeier. Zum Beispiel könnte die dunkle Materie, die unsichtbare und immaterielle Substanz, von der angenommen wird, dass sie fünf Sechstel aller Materie im Universum ausmacht, in der Lage sein, zu zerfallen und dieses zusätzliche Licht zu erzeugen.

"Sie wissen, dass es eine Krise ist, wenn Sie anfangen, ernsthaft über verfallende dunkle Materie zu sprechen", sagte Co-Autor Neal Katz von der Universität von Massachusetts in Amherst in einer Erklärung.

Schwarze Löcher sind so bizarr, sie klingen unwirklich. Doch Astronomen haben gute Beweise dafür gefunden, dass sie existieren. Testen Sie Ihr Wissen über diese verrückten Wunder.Es kann jedoch immer noch eine einfachere Erklärung für dieses fehlende Licht geben. Astronomen könnten den Anteil ultravioletten Lichts unterschätzen, der aus den Galaxien im nahen Universum austritt. "Alles, was man braucht, ist eine durchschnittliche Fluchtwahrscheinlichkeit in der Größenordnung von 15 Prozent, um die Diskrepanz zu verringern", sagte Loeb zu ProfoundSpace.org.

In der Nähe haben kürzliche "Low-Redshift" -Galaxien weniger Gas, um ultraviolette Strahlen zu absorbieren, die entferntere, frühe "Hoch-Rotverschiebungs-Galaxien", bemerkte Loeb.

"Je mehr ich darüber nachdenke, desto plausibler erscheint es, dass der Fluchtanteil von ultravioletten Photonen in lokalen Galaxien höher ist als in Galaxien mit hoher Rotverschiebung", sagte Loeb.

Auf der anderen Seite "ist das größte Problem mit dieser möglichen Lösung, dass es Messungen von lokalen Galaxien gibt, die anzeigen, dass der mittlere Escape-Anteil deutlich unter 15 Prozent liegt - mehr wie 5 Prozent", sagte Kollmeier. "Grundsätzlich ist es möglich dass diese Galaxien nicht repräsentativ sind und wir daher mehr solche Messungen durchführen müssen, aber wir können die Daten nicht einfach abtun. "

Eine andere mögliche Erklärung ist die Ionisierung von intergalaktischem Wasserstoff durch Röntgenstrahlen und kosmische Strahlen, sagte Loeb. Obwohl er feststellte, dass diese Strahlung beim ionisierenden intergalaktischen Wasserstoff in den entferntesten Ecken und frühesten Zeiten im Universum keine große Rolle spielt, möchten Astronomen vielleicht sehen, welche Rolle Röntgenstrahlen und kosmische Strahlung im nahen Universum spielen. " wo sie stärker produziert werden ", sagte er.

Die Wissenschaftler beschrieben ihre Ergebnisse in der Ausgabe der Astrophysical Journal Letters vom 10. Juli.