Astronomen die een krachtige quasar gebruiken om een ​​enorme onzichtbare rank vol oververhit gas te bestuderen, zeggen dat ze misschien eindelijk de 'ontbrekende' detecteerbare materie van het universum hebben ontdekt.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , een decennia oud mysterie oplossen en wetenschappers kunnen helpen de structuur en evolutie van de kosmos verder te onderzoeken.

Alle atomen in de sterren, bestaande sterrenstelsels en planeten vormen ongeveer 5 procent van de massa-energiedichtheid van de kosmos. De overgrote meerderheid, ongeveer 70 procent, bestaat uit donkere energie - een mysterieus, afstotende kracht die ervoor zorgt dat het heelal steeds sneller uitdijt. Het resterende kwart of zo bestaat uit donkere materie - onzichtbaar, onaantastbaar spul waarvan de aanwezigheid alleen kan worden gevoeld door zijn zwaartekracht op galactische schalen. Donkere materie verbindt clusters van sterrenstelsels met massieve ranken, het vormen van een kosmisch web dat dient als een onzichtbaar skelet voor het universum.

Wetenschappers hebben die aandelen grotendeels geschat met behulp van twee verschillende methoden, zei co-auteur van de studie J. Michael Shull, een astrofysicus aan de Universiteit van Colorado, Kei. Vele jaren geleden, onderzoekers berekenden ruwweg hoeveel materie er zou zijn gevormd in de nasleep van de "oerknal" die het universum baarde. Astronomen hebben ook de kosmische microgolfachtergrond bestudeerd - het oudste licht in het universum, die de hele lucht doordringt - en ongeveer dezelfde verhoudingen van normale materie vond, donkere materie en donkere energie.

Dat kleine stukje normale materie dat we direct kunnen detecteren, die wetenschappers baryonische materie noemen, is de meest bekende hoeveelheid van de drie:het straalt licht uit (zoals de zon) of reflecteert het (zoals de maan), het zichtbaar maken voor ons of detecteerbaar door telescopen. En toch presenteert het ook zijn eigen mysterie, want decennialang wetenschappers hebben niet alles kunnen vinden.

"Meer dan 20 jaar geleden merkten mensen op dat als je al het sterlicht en alle massa in sterrenstelsels bij dat sterrenlicht optelt, je krijgt maar ongeveer 10 procent van die 5 procent gewone materie, "Zei Shull. "Dus er was een 'ontbrekende materie'-probleem dat meer dan 20 jaar teruggaat:waar is het gas, waar zijn de baryonen, die niet zijn ingestort in sterren en sterrenstelsels?"

"Daarom maakten we ons er zorgen over, " voegde hij eraan toe. "Het raakt echt de kern van de belangrijkste voorspellingen in de kosmologie over de oerknal."

Onderzoekers hebben die kloof langzaam weggewerkt door alle hete, diffuus gas in de enorme halo's van sterrenstelsels en zelfs grotere clusters van sterrenstelsels. Maar ze vroegen zich af of er nog meer van de ontbrekende materie zou kunnen zijn opgehangen in de enorme filamenten van donkere materie waaruit het kosmische web bestaat.

Dit is het probleem met het vinden van die ontbrekende materie:het zou grotendeels uit waterstof bestaan, het eenvoudigste element en verreweg het meest voorkomende in het universum. Wanneer waterstofatomen worden geïoniseerd, ze kunnen onzichtbaar worden voor optische golflengten, waardoor ze erg moeilijk te detecteren zijn.

Gelukkig, als een wolk van geïoniseerde waterstof tussen de aarde en een bron van ultraviolet licht zit, dat waterstof bepaalde golflengten zal absorberen, een duidelijke chemische vingerafdruk achterlaten die astronomen kunnen detecteren zodra het hun telescopen bereikt. Shull en collega's hebben de telling verder uitgebreid door dit geïoniseerde gas te vinden.

Het probleem is dat naarmate het gas heter en heter wordt, zeg:boven een miljoen graden Kelvin - geïoniseerde waterstof laat geen helder signaal meer achter in ultraviolet. Dus voor dit artikel richtten de onderzoekers zich ook op veel zeldzamere zuurstofionen, en zochten naar hun vingerafdruk op röntgenfoto's, die veel hogere energiegolflengten van licht zijn.

De wetenschappers gebruikten de XMM-Newton röntgenruimtetelescoop van de European Space Agency om de BL Lacertae quasar 1ES 1553+113 te bestuderen, een actieve, superzwaar zwart gat in het centrum van een melkwegstelsel. Quasars slokken materie op en schijnen helder in vele golflengten van licht, van radiogolven tot röntgenstralen. Deze hemelse vuurtorens kunnen in principe het materiaal dat het pad van de straal kruist tegengaan, net zoals een zaklampstraal onzichtbare stofdeeltjes in de lucht verlicht.

Het bestuderen van de chemische vingerafdruk van zuurstof in de röntgenstralen van het quasarlicht, de wetenschappers vonden een grote hoeveelheid extreem heet intergalactisch gas - zo veel dat ze berekenden dat dit gas tot 40 procent van de baryonische materie in de kosmos zou kunnen uitmaken, wat genoeg zou kunnen zijn om de ontbrekende kwestie te verklaren.

De onderzoekers denken dat deze ionen zijn begonnen in de harten van sterren die supernova werden, en werden door deze explosieve sterfgevallen uit hun eigen sterrenstelsels gegooid. Ze zijn mogelijk oververhit geraakt door schokken. Atomen moeten met elkaar interageren om energie uit te stralen, en omdat de afzonderlijke atomen in dit schaarse gas zo ver uit elkaar lagen, elkaar niet kunnen aanraken, ze bleven extreem heet.

Taotao Fang van het Jiujiang Research Institute in China, die niet bij het onderzoek betrokken was, wees op een paar mogelijke alternatieve verklaringen, inclusief dat het signaal van geïoniseerd gas afkomstig kan zijn van binnen een melkwegstelsel in plaats van van intergalactisch gas dat is ingebed in een filament van donkere materie.

Nog altijd, Fang schreef in een commentaar, de bevindingen "bieden een verleidelijke glimp van waar de ongrijpbare ontbrekende baryons zich hebben verstopt."

De volgende stap, Shul zei, is om deze waarnemingen te herhalen met andere quasars, om te zien of het aandeel baryonische materie dat ze vonden in andere delen van de lucht standhoudt.

© 2018 Los Angeles Times
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.