Gro├čer Teil der fehlenden Materie des Universums gefunden

Ein riesiges Reservoir intergalaktischen Gases wurde entlang einer wandförmigen Galaxienstruktur entdeckt, die etwa 400 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Dies ist der stärkste Beweis dafür, dass sich die "fehlende Materie" im nahen Universum in einem riesigen heißen Netz befindet diffuses Gas.

Beobachtungen aus dem Chandra-Röntgen-Observatorium der NASA und dem XMM-Newton-Observatorium der ESA haben Astronomen ermöglicht, die fehlende Materie zu untersuchen, die nicht mit der Dunklen Materie vergleichbar ist. Die fehlende Materie besteht aus Baryonen, bei denen es sich um Teilchen wie Protonen und Elektronen handelt, die den größten Teil der sichtbaren Materie im Universum ausmachen.

Eine Vielzahl von Messungen von entfernten Gaswolken und Galaxien haben eine gute Schätzung der Menge an "normaler Materie" geliefert, die vorhanden war, als das Universum nur einige Milliarden Jahre alt war. Aber eine Inventur des viel älteren, nahegelegenen Universums entdeckte nur etwa halb so viel normale Materie? ein überraschendes Defizit.

Also, wo befindet sich diese fehlende Materie im nahen Universum? Eine aktuelle Studie sagt voraus, dass die fehlende Materie meist in einem Netz aus heißem, diffusem Gas gefunden wird, das als warm-warmes intergalaktisches Medium (WHIM) bekannt ist. Wissenschaftler glauben, dass das WHIM aus Material besteht, das nach der Bildung von Galaxien übrig geblieben ist, angereichert mit Elementen, die aus den Galaxien geblasen wurden. ??

"Beweise für das WHIM sind wirklich schwer zu finden, weil dieses Zeug so diffus und leicht zu sehen ist", sagte der Hauptautor Taotao Fang von der University of California in Irvine. "Dies unterscheidet sich von vielen Bereichen der Astronomie, in denen wir uns bemühen, undurchsichtiges Material zu durchschauen."

Um das WHIM zu lokalisieren, untersuchten die Forscher Röntgenbeobachtungen eines schnell wachsenden supermassiven schwarzen Lochs, das als aktiver galaktischer Kern oder AGN bekannt ist. Die AGN befindet sich etwa zwei Milliarden Lichtjahre entfernt und erzeugt riesige Mengen Röntgenlicht, während sie Materie nach innen saugt.

Entlang der Sichtlinie zu dieser AGN, in einer Entfernung von etwa 400 Lichtjahren, befindet sich die sogenannte Bildhauermauer. Die "Wand" ist eine große diffuse Struktur, die sich über mehrere zehn Millionen Lichtjahre erstreckt und Tausende von Galaxien enthält.

Wenn die theoretischen Simulationen der Wissenschaftler korrekt sind, könnte die Sculptor Wall möglicherweise auch ein signifikantes Reservoir des WHIM enthalten. Das WHIM in der Wand sollte einige der Röntgenstrahlen von der AGN absorbieren, während sie ihre Reise durch den intergalaktischen Raum zur Erde machen.

Die Absorption von Röntgenstrahlen durch Sauerstoffatome im WHIM wurde von Fang und seinen Kollegen eindeutig nachgewiesen. Die Eigenschaften der Absorption stimmen mit der Entfernung der Bildhauerwand sowie der vorhergesagten Temperatur und Dichte des WHIM überein.

Die Ergebnisse dieser Studie geben den Wissenschaftlern die Gewissheit, dass das WHIM auch in anderen Großstrukturen lokalisiert werden kann.

Frühere beanspruchte Erfassungen der heißen Komponente des WHIM waren umstritten, da sie nur mit einem Röntgenteleskop gemacht wurden, so dass die statistische Signifikanz der Mehrheit der Ergebnisse in Frage gestellt wurde.

"Eine gute Erkennung des WHIM mit zwei verschiedenen Teleskopen ist wirklich eine große Sache", sagte Co-Autor David Buote, ebenfalls von der University of California in Irvine. "Das gibt uns viel Vertrauen, dass wir diese fehlende Sache wirklich gefunden haben."

Die neue Studie beseitigt auch eine weitere Unsicherheit aus früheren Ansprüchen: Da die Entfernung der Bildhauerwand bereits bekannt ist, ist die statistische Signifikanz der Absorptionsdetektion gegenüber früheren "blinden" Suchen stark verbessert.

Diese früheren Suchen versuchten das WHIM zu finden, indem sie helles AGN in zufälligen Richtungen am Himmel beobachteten, in der Hoffnung, dass ihre Sichtlinie eine zuvor unentdeckte großräumige Struktur schneiden würde.

In der Vergangenheit waren bestätigte Detektionen des WHIM wegen der extrem geringen Dichte der Struktur schwierig. Mithilfe von Beobachtungen und Simulationen berechneten die Wissenschaftler, dass das WHIM eine Dichte von nur 6 Protonen pro Kubikmeter aufweist. Zum Vergleich: Das interstellare Medium, das das diffuse Gas zwischen Sternen in unserer eigenen Galaxie ist, hat typischerweise etwa eine Million Wasserstoffatome pro Kubikmeter.

"Beweise für das WHIM sind sogar viel schwieriger zu finden als Beweise für dunkle Materie, die unsichtbar ist, aber aufgrund ihrer Gravitationswirkung auf Sterne und Galaxien entdeckt werden kann", sagte Fang.

Die Ergebnisse der Studie wurden in der 10. Ausgabe von The Astrophysical Journal veröffentlicht.

  • Die seltsamsten Dinge im Weltraum
  • Große Weltraumteleskope
  • Der Urknall: Solide Theorie, aber Mysterien bleiben noch