Astronomen die ESA's XMM-Newton-ruimteobservatorium gebruiken, hebben de met gas gevulde halo's rond sterrenstelsels onderzocht op zoek naar 'ontbrekende' materie waarvan men denkt dat ze zich daar bevinden. maar zijn met lege handen naar boven gekomen - dus waar is het?

Alle materie in het universum bestaat in de vorm van 'normale' materie of de notoir ongrijpbare en onzichtbare donkere materie, met de laatste ongeveer zes keer meer productief.

nieuwsgierig, wetenschappers die de afgelopen jaren nabije sterrenstelsels hebben bestudeerd, hebben ontdekt dat ze drie keer minder normale materie bevatten dan verwacht, met ons eigen Melkwegstelsel dat minder dan de helft van de verwachte hoeveelheid bevat.

"Dit is lang een mysterie geweest, en wetenschappers hebben veel moeite gestoken in het zoeken naar deze ontbrekende materie, " zegt Jiangtao Li van de Universiteit van Michigan, VS, en hoofdauteur van een nieuw artikel.

"Waarom is het niet in sterrenstelsels - of is het daar, maar we zien het gewoon niet? Als het er niet is, waar is het? Het is belangrijk dat we deze puzzel oplossen, omdat het een van de meest onzekere onderdelen is van onze modellen van zowel het vroege heelal als van de vorming van sterrenstelsels."

In plaats van in het grootste deel van de melkweg te liggen, het onderdeel kan optisch worden waargenomen, onderzoekers dachten dat het in plaats daarvan in een gebied van heet gas zou kunnen liggen dat zich verder de ruimte in uitstrekt om de halo van een melkwegstelsel te vormen.

Deze hete, sferische halo's zijn eerder gedetecteerd, maar het gebied is zo zwak dat het moeilijk in detail waar te nemen is - de röntgenstraling kan verloren gaan en niet meer te onderscheiden zijn van achtergrondstraling. Vaak, wetenschappers observeren een kleine afstand in deze regio en extrapoleren hun bevindingen, maar dit kan leiden tot onduidelijke en wisselende resultaten.

Jiangtao en collega's wilden het hete gas meten tot grotere afstanden met behulp van ESA's XMM-Newton röntgenruimteobservatorium. Ze keken naar zes vergelijkbare spiraalstelsels en combineerden de gegevens om één sterrenstelsel te creëren met hun gemiddelde eigenschappen.

"Door dit te doen, het signaal van de melkweg wordt sterker en de röntgenachtergrond gedraagt ​​zich beter, " voegt co-auteur Joel Bregman toe, ook van de Universiteit van Michigan.

"We waren toen in staat om de röntgenstraling te zien tot ongeveer drie keer verder weg dan bij het observeren van een enkel sterrenstelsel, wat onze extrapolatie nauwkeuriger en betrouwbaarder maakte."

Massieve en geïsoleerde spiraalstelsels bieden de beste kans om naar ontbrekende materie te zoeken. Ze zijn massief genoeg om gas te verhitten tot miljoenen graden, zodat ze röntgenstraling uitzenden. en hebben grotendeels vermeden om besmet te raken door ander materiaal door stervorming of interacties met andere sterrenstelsels.

Nog steeds vermist

De resultaten van het team toonden aan dat de halo die sterrenstelsels zoals de waargenomen sterrenstelsels omringt, toch niet alle ontbrekende materie kan bevatten. Ondanks extrapolatie tot bijna 30 keer de straal van de Melkweg, bijna driekwart van het verwachte materiaal ontbrak nog.

Er zijn twee belangrijke alternatieve theorieën over waar het zou kunnen zijn:ofwel wordt het opgeslagen in een andere gasfase die slecht wordt waargenomen - misschien een hetere en zwakkere fase of een koelere en dichtere fase - of in een stukje ruimte dat niet gedekt door onze huidige waarnemingen of zendt röntgenstralen te zwak uit om te worden gedetecteerd.

Hoe dan ook, omdat de sterrenstelsels niet genoeg ontbrekende materie bevatten, hebben ze het misschien de ruimte in geworpen, misschien aangedreven door injecties van energie van exploderende sterren of door superzware zwarte gaten.

"Dit werk is belangrijk om realistischere melkwegmodellen te helpen creëren, en op zijn beurt ons helpen beter te begrijpen hoe onze eigen melkweg gevormd en geëvolueerd is, " zegt Norbert Schartel, ESA XMM-Newton projectwetenschapper. "Dit soort vondsten is gewoon niet mogelijk zonder de ongelooflijke gevoeligheid van XMM-Newton."

"In de toekomst, wetenschappers kunnen nog meer sterrenstelsels toevoegen aan onze studiemonsters en XMM-Newton gebruiken in samenwerking met andere hoogenergetische observatoria, zoals ESA's aankomende Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics, Athene, om de uitgebreide, delen met lage dichtheid van de buitenranden van een melkwegstelsel, terwijl we doorgaan met het ontrafelen van het mysterie van de ontbrekende materie van het universum."