Om de meest gewone materie in het universum te begrijpen - en de buitengewone dingen die ermee gebeuren - nam een ​​team van astronomen onder leiding van Yale een diepe duik in de kosmische mist.

Ze leerden intrigerende nieuwe details over de dynamiek van baryonen, de verzameling subatomaire deeltjes (inclusief protonen en neutronen) die verantwoordelijk is voor een groot deel van de zichtbare materie in het universum. De meeste baryonen bevinden zich in het intergalactische medium (IGM), dat is de ruimte tussen sterrenstelsels waar materie niet gebonden is aan of wordt aangetrokken door omringende systemen.

In een nieuwe studie, Yale postdoctoraal medewerker Nir Mandelker en professor Frank C. van den Bosch rapporteren over de meest gedetailleerde simulatie ooit van een grote patch van de IGM. Voor de eerste keer, ze konden zien hoe koud, dichte gaswolken in de IGM organiseren zichzelf en reageren binnen veel grotere "platen" of "pannenkoeken" van materie in de uitgestrektheid van de ruimte.

De bevindingen verschijnen in de Astrofysische journaalbrieven .

Onderzoekers hebben jarenlang geprobeerd de structuren en eigenschappen van de IGM samen te stellen, deels om het standaardmodel van de oerknalkosmologie te testen, die voorspelt dat 80%-90% van de baryonen in de IGM zitten, maar ook om de cruciale rol van de IGM als brandstofbron van het universum te onderzoeken.

"De reden waarom sterrenstelsels continu sterren kunnen vormen, is omdat vers gas vanuit de IGM naar sterrenstelsels stroomt, zei Mandelker, hoofdauteur van de studie. "Het is duidelijk dat sterrenstelsels in zeer korte tijd zonder gas zouden komen te zitten als ze geen vers gas zouden verzamelen uit de IGM."

Toch is het detecteren van het gas van de IGM uiterst moeilijk geweest. In tegenstelling tot sterrenstelsels, die helder schijnen in het sterrenlicht, gas in de IGM is bijna nooit licht genoeg om direct te detecteren. In plaats daarvan, het moet indirect worden bestudeerd, door de absorptie van achtergrondlicht. Dergelijke absorptiestudies stellen onderzoekers in staat om meer te weten te komen over de dichtheid en chemische samenstelling van gaswolken; vooral, ze kunnen erachter komen of stervorming in nabijgelegen sterrenstelsels het gas heeft verontreinigd met metalen (elementen zwaarder dan helium).

Met zijn nieuwe simulatie, het Yale-team heeft heel wat geleerd, inclusief nieuwe eigenschappen van die bovengenoemde vellen baryonen.

"Dit zijn afgeplatte verdelingen van materie, bekend als 'pannenkoeken, ' die zich over vele miljoenen lichtjaren uitstrekken, " zei Van den Bosch. "We vonden dat in plaats van soepel te worden verspreid, het gas in deze pannenkoeken spat uiteen in wat lijkt op een 'kosmische mist' die bestaat uit kleine, discrete wolken van relatief koud en dicht gas."

Men dacht dat zulke dichte gaswolken zich alleen zouden vormen in gebieden in de ruimte dicht bij sterrenstelsels, waar het gas van nature dichter is. Maar de nieuwe simulatie laat zien dat ze ook kunnen condenseren uit de IGM met lage dichtheid. De onderzoekers zeiden dat het fenomeen van nature voorkomt, als gevolg van een instabiliteit veroorzaakt door de efficiënte koeling van het gas.

Een ander aspect van deze kosmische mist, gebaseerd op de Yale-simulatie, is dat het ongerept is; het is te ver weg van een sterrenstelsel om vervuild te zijn met metalen. Volgens Mandelker dit is belangrijk omdat het recente, raadselachtige observaties van dichte, metaalvrije wolken op grote afstanden van sterrenstelsels. Astronomen konden dit fenomeen niet verklaren, maar de nieuwe simulatie suggereert dat hun aanwezigheid eenvoudigweg het resultaat kan zijn van een natuurlijk proces.

"Ons werk benadrukt het belang van het goed oplossen van de eigenschappen van gas in de IGM, die vaak wordt verwaarloosd ten gunste van een betere oplossing van de centrale sterrenstelsels, "Zei Mandelker. "Het was heel moeilijk te begrijpen hoe het gas in de IGM mogelijk zo dicht en optisch dik kon worden, vooral wanneer eerdere generaties van kosmologische simulaties zo'n dicht gas in de IGM niet onthulden."