Astronomen hebben mysterieuze snelle radioflitsen gebruikt om een ​​decennia oud mysterie van "ontbrekende materie, " lang voorspeld om in het universum te bestaan, maar nooit eerder ontdekt. De onderzoekers hebben vastgesteld dat alle niet-verklaarde normale materie bestaat in de enorme ruimte tussen sterren en sterrenstelsels, zoals vandaag gedetailleerd in het journaal Natuur .

Hoofdauteur Universitair hoofddocent Jean-Pierre Macquart, van het Curtin University-knooppunt van het International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR) zei dat astronomen al bijna 30 jaar op zoek zijn naar de ontbrekende materie.

"We weten uit metingen van de oerknal hoeveel materie er was in het begin van het heelal, ' zei hij. 'Maar toen we naar het huidige universum keken, we konden de helft niet vinden van wat er zou moeten zijn. Het was een beetje een schande. Intergalactische ruimte is erg schaars. De ontbrekende materie kwam overeen met slechts een of twee atomen in een kamer ter grootte van een gemiddeld kantoor. Het was dus heel moeilijk om deze materie op te sporen met traditionele technieken en telescopen."

De onderzoekers waren in staat om de ontbrekende materie direct te detecteren met behulp van het fenomeen van snelle radio-uitbarstingen - korte energieflitsen die uit willekeurige richtingen in de lucht lijken te komen en slechts milliseconden duren. Wetenschappers weten nog niet waardoor ze ontstaan, maar er moet ongelooflijke energie bij komen kijken, gelijk aan de hoeveelheid die door de zon in 80 jaar vrijkomt. Ze zijn moeilijk te detecteren, omdat astronomen niet weten wanneer en waar ze moeten zoeken.

Universitair hoofddocent Macquart zei dat het team de ontbrekende materie ontdekte door snelle radio-uitbarstingen te gebruiken als 'kosmische weegstations'.

"De straling van snelle radio-uitbarstingen wordt verspreid door de ontbrekende materie op dezelfde manier als je de kleuren van zonlicht ziet worden gescheiden in een prisma, " zei hij. "We hebben nu de afstanden kunnen meten tot voldoende snelle radio-uitbarstingen om de dichtheid van het universum te bepalen. We hadden er maar zes nodig om deze ontbrekende zaak te vinden."

De ontbrekende materie in dit geval is baryonisch, of 'normale' materie - zoals de protonen en neutronen waaruit sterren bestaan, planeten en mensen. Het is anders dan donkere materie, die ongrijpbaar blijft en goed is voor ongeveer 85% van de totale materie in het universum.

Co-auteur Professor J. Xavier Prochaska, van UC Santa Cruz, zegt dat wetenschappers al meer dan 20 jaar tevergeefs naar deze ontbrekende materie hebben gezocht met de grootste telescopen. "De ontdekking van snelle radio-uitbarstingen en hun lokalisatie naar verre sterrenstelsels waren de belangrijkste doorbraken die nodig waren om dit mysterie op te lossen, " hij zei.

Universitair hoofddocent Ryan Shannon, een andere co-auteur van de Swinburne University of Technology, zei dat de sleutel de gebruikte telescoop was, CSIRO's Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop. "ASKAP heeft beide een breed gezichtsveld, ongeveer 60 keer zo groot als de volle maan, en kan afbeelding in hoge resolutie, " zei hij. "Dit betekent dat we de uitbarstingen relatief gemakkelijk kunnen opvangen en vervolgens met ongelooflijke precisie locaties aan hun gaststelsels kunnen lokaliseren.

"Als de uitbarsting bij de telescoop aankomt, het neemt een live action-replay op binnen een fractie van een seconde, " zei Dr. Keith Bannister van het Australische nationale wetenschappelijke agentschap, CSIRO, die het in dit onderzoek gebruikte pulse capture-systeem heeft ontworpen. "Dit stelt de precisie in staat om de locatie van de snelle radio-uitbarsting te bepalen tot de breedte van een mensenhaar op 200 meter afstand, " hij zei.

Universitair hoofddocent Macquart zei dat het onderzoeksteam ook de relatie had vastgesteld tussen hoe ver weg een snelle radio-uitbarsting is en hoe de uitbarsting zich verspreidt terwijl deze door het universum reist. "We hebben het equivalent van de Hubble-Lemaitre-wet voor sterrenstelsels ontdekt, alleen voor snelle radio-uitbarstingen, "zei hij. "De Hubble-Lemaitre-wet, die zegt dat hoe verder een sterrenstelsel van ons verwijderd is, hoe sneller het van ons weg beweegt, ondersteunt alle metingen van sterrenstelsels op kosmologische afstanden."

De snelle radioflitsen die in het onderzoek werden gebruikt, werden ontdekt met behulp van ASKAP, die zich bevindt in het Murchison Radio-astronomy Observatory in de outback van West-Australië. Het internationale team dat bij de ontdekking betrokken was, omvatte astronomen uit Australië, de Verenigde Staten en Chili. ASKAP is een voorloper van de toekomstige Square Kilometre Array (SKA) telescoop. De SKA kon grote aantallen snelle radioflitsen waarnemen, waardoor astronomen meer mogelijkheden krijgen om de voorheen onzichtbare structuur in het universum te bestuderen.

"Een telling van baryonen in het universum van gelokaliseerde snelle radio-uitbarstingen" werd gepubliceerd in Natuur op 28 mei, 2020.