Na het tellen van alle normale, lichtgevende materie op de voor de hand liggende plaatsen van het universum - sterrenstelsels, clusters van sterrenstelsels en het intergalactische medium - ongeveer de helft ervan ontbreekt nog. Dus niet alleen 85% van de materie in het universum bestaat uit een onbekende, onzichtbare substantie genaamd "donkere materie, " we kunnen niet eens alle kleine hoeveelheden normale materie vinden die er zouden moeten zijn.

Dit staat bekend als het "ontbrekende baryonen"-probleem. Baryonen zijn deeltjes die licht uitstralen of absorberen, zoals protonen, neutronen of elektronen, waaruit de materie bestaat die we om ons heen zien. Men denkt dat de niet-vermelde baryonen verborgen zijn in draadvormige structuren die het hele universum doordringen, ook wel bekend als 'het kosmische web'.

Maar deze structuur is ongrijpbaar en tot nu toe hebben we er slechts een glimp van gezien. Nu een nieuwe studie, gepubliceerd in Wetenschap, biedt een beter beeld waarmee we kunnen helpen in kaart te brengen hoe het eruit ziet.

Het kosmische web vormt de basis van de grootschalige structuur in het universum, voorspeld door het 'standaard kosmologische model'. Kosmologen geloven dat er een donker kosmisch web is, gemaakt van donkere materie, en een lichtgevend kosmisch web, gemaakt van voornamelijk waterstofgas. In feite, er wordt aangenomen dat 60% van de waterstof die tijdens de oerknal is ontstaan, zich in deze filamenten bevindt.

Het web van gasfilamenten staat ook bekend als het "warm-heet intergalactisch medium" (WHIM), omdat het ongeveer net zo heet is als het binnenste van de zon. Melkwegstelsels zullen zich waarschijnlijk vormen op de kruising van twee of meer van dergelijke filamenten, waar de materie het dichtst is, met de filamenten die alle clusters van sterrenstelsels in het universum verbinden.

Tot dusver, we hebben geen donkere materie kunnen detecteren. Dit komt omdat het geen licht uitstraalt of absorbeert, dus het kan niet worden waargenomen met gewone telescopen. De kosmische webfilamenten zijn ook erg moeilijk te vinden omdat ze erg diffuus zijn en ze niet voldoende licht uitstralen om te worden gedetecteerd.

Sinds de oorspronkelijke voorspelling er is intensief gezocht naar het kosmische web, met behulp van verschillende methoden.

Een daarvan is gebaseerd op heldere objecten die toevallig op de achtergrond liggen langs dezelfde gezichtslijn als een gasfilament. De waterstofatomen in de filamenten kunnen licht absorberen met een specifieke golflengte in het ultraviolet. Dit kan worden gedetecteerd als absorptielijnen in het licht van het achtergrondobject, wanneer opgesplitst in een spectrum op golflengte.

Deze methode is toegepast met behulp van quasars, die zeer heldere massieve objecten op grote afstanden zijn, en zelfs met achtergrondsterrenstelsels.

Sterrenstelsels verlichten het web

De nieuwe studie is erin geslaagd om het gas op een geheel nieuwe manier te detecteren die tweedimensionale beeldvorming van het kosmische web mogelijk maakt, in plaats van te vertrouwen op de willekeurige locatie van een heldere bron achter de gaswolk die wordt gebruikt in absorptiestudies.

Het object dat ze bestudeerden, pakkende naam SSA22, is een protocluster, wat betekent dat het een cluster van sterrenstelsels is in de kinderschoenen. Het is veel verder weg dan eerdere gemeten stukjes van het kosmische web - het licht reisde ongeveer 12 miljard jaar om ons te bereiken. Dit betekent dat we terugkijken in de tijd naar de vroege stadia van het heelal, waardoor wetenschappers kunnen onderzoeken hoe de filamenten voor het eerst zijn geassembleerd.

Een paar jaar geleden, een aantal extreem heldere, stervormende sterrenstelsels genaamd "sub-millimeter sterrenstelsels" werden gedetecteerd in de buurt van het centrum. Deze nieuwe studie heeft 16 van dergelijke sterrenstelsels en acht krachtige röntgenbronnen gevonden, een zeldzame overdichtheid van dergelijke objecten in dit vroege tijdperk. De objecten leveren een grote hoeveelheid ioniserende straling aan al het waterstofgas van de filamenten, waardoor het licht uitstraalt dat we kunnen detecteren - een techniek die veel meer belooft dan absorptie.

Een ander mysterie dat deze studie helpt oplossen, is de vorming van sub-millimeterstelsels. De meest algemeen aanvaarde verklaring is dat ze ontstaan ​​als gevolg van het samensmelten van twee normale sterrenstelsels, vandaar de vorming van een enorm sterrenstelsel met dubbele hoeveelheid licht.

Echter, computersimulaties laten zien dat deze sterrenstelsels kunnen groeien uit het koude gas dat vanuit het naburige kosmische web binnenstroomt. Dit scenario wordt bevestigd door deze nieuwe studie.

Gedetailleerde kaart

De nieuwe studie maakt de weg vrij voor een meer systematische, tweedimensionale afbeelding van gasfilamenten die ons kunnen vertellen over hun bewegingen in de ruimte.

Toekomstige studies helpen het verborgen kosmische web verder in kaart te brengen. Naast het kijken naar clusters van sterrenstelsels vol heldere objecten, we kunnen ook de emissie van het web traceren in radio- of röntgengolflengten. Echter, de röntgenstraal traceert veel heter gas dan het grootste deel van de WHIM. Het voorgestelde röntgenobservatorium Athena zal een volledig beeld geven van de hete filamenten rond de clusters van sterrenstelsels in het nabije heelal.

Een andere voorgestelde missie voor na 2050 is om de kosmische microgolfachtergrond - het licht dat overblijft van de oerknal - als een "achtergrondlicht" te gebruiken en te zoeken naar fijne afdrukken die het kosmische web daarin heeft achtergelaten.

Al deze hulpmiddelen zullen de volledige structuur van het kosmische web onthullen en ons een definitieve telling van de materie in het universum verschaffen.

Bovendien, we weten dat baryonen zich nestelen in de donkere materie-filamenten van het universum om hun eigen filamenten te maken, als schuim over een bestaande golf. Dit betekent dat gedetailleerde kaarten van de gasfilamenten ons kunnen helpen de meer verborgen structuur van donkere materie te traceren en, uiteindelijk, help ons de mysterieuze aard ervan te begrijpen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.