Seit Jahrzehnten basiert das vorherrschende kosmologische Modell, das von Wissenschaftlern verwendet wird, auf der Theorie, dass neben baryonischer Materie - auch bekannt als. "Normale" oder "leuchtende" Materie, die wir sehen können - das Universum enthält auch eine erhebliche Menge an unsichtbarer Masse. Diese „Dunkle Materie“ macht ungefähr 26,8% der Masse des Universums aus, während normale Materie nur 4,9% ausmacht.
Während die Suche nach Dunkler Materie andauert und noch direkte Beweise gefunden werden müssen, war den Wissenschaftlern auch bewusst, dass ungefähr 90% der normalen Materie des Universums immer noch unentdeckt blieben. Nach zwei neuen Studien, die kürzlich veröffentlicht wurden, könnte ein Großteil dieser normalen Materie - die aus Filamenten aus heißem, diffusem Gas besteht, das Galaxien miteinander verbindet - endlich gefunden worden sein.
Die erste Studie mit dem Titel „Eine Suche nach Warm- / Heißgasfilamenten zwischen Paaren von leuchtend roten SDSS-Galaxien“ erschien in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomic Society. Die Studie wurde von Hideki Tanimura, einem damaligen Doktoranden an der University of British Columbia, geleitet und umfasste Forscher des kanadischen Instituts für fortgeschrittene Forschung (CIFAR), der Liverpool John Moores University und der University of KwaZulu-Natal.
Die zweite Studie, die kürzlich online erschien, trug den Titel „Fehlende Baryonen im kosmischen Netz, die durch den Sunyaev-Zel’dovich-Effekt aufgedeckt wurden“. Dieses Team bestand aus Forschern der Universität von Edinburgh und wurde von Anna de Graaff geleitet, einer Studentin des Instituts für Astronomie am Royal Observatory in Edinburgh. Diese beiden Teams arbeiteten unabhängig voneinander und gingen ein Problem der fehlenden Materie des Universums an.
Basierend auf kosmologischen Simulationen war die vorherrschende Theorie, dass die zuvor unentdeckte normale Materie des Universums aus Strängen baryonischer Materie - d. H. Protonen, Neutronen und Elektronen - besteht, die zwischen Galaxien schweben. Diese Regionen sind das sogenannte „Cosmic Web“, in dem Gas niedriger Dichte bei Temperaturen von 105 bis 107 K (-168 bis -166 ° C; -270 bis 266 ° F) vorhanden ist.
Für ihre Studien konsultierten beide Teams Daten aus der Planck-Zusammenarbeit, einem von der Europäischen Weltraumorganisation unterhaltenen Unternehmen, an dem alle Beteiligten beteiligt sind Planck Mission (ESA). Dies wurde 2015 vorgestellt, wo eine Wärmekarte des Universums erstellt wurde, indem der Einfluss des Sunyaev-Zeldovich (SZ) -Effekts gemessen wurde.
Dieser Effekt bezieht sich auf eine spektrale Verzerrung im kosmischen Mikrowellenhintergrund, bei der Photonen durch ionisiertes Gas in Galaxien und größeren Strukturen gestreut werden. Während seiner Mission, den Kosmos zu studieren, hat der Planck Der Satellit hat die spektrale Verzerrung von CMB-Photonen mit großer Empfindlichkeit gemessen, und die resultierende Wärmekarte wurde seitdem verwendet, um die großräumige Struktur des Universums abzubilden.
Die Filamente zwischen den Galaxien schienen jedoch zu schwach, als dass Wissenschaftler sie zu diesem Zeitpunkt untersuchen könnten. Um dies zu beheben, konsultierten die beiden Teams Daten aus den Nord- und Süd-CMASS-Galaxienkatalogen, die aus der 12. Datenveröffentlichung des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) stammen. Aus diesem Datensatz wählten sie dann Galaxienpaare aus und konzentrierten sich auf den Raum zwischen ihnen.
Sie stapelten dann die thermischen Daten, die durch erhalten wurden Planck für diese Bereiche übereinander, um die durch den SZ-Effekt zwischen Galaxien verursachten Signale zu verstärken. Wie Dr. Hideki dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Die SDSS-Galaxienvermessung gibt einen Überblick über die großräumige Struktur des Universums. Die Planck-Beobachtung liefert eine All-Sky-Karte des Gasdrucks mit einer besseren Empfindlichkeit. Wir kombinieren diese Daten, um das niedrigdichte Gas im kosmischen Netz zu untersuchen. “
Während Tanimura und sein Team Daten von 260.000 Galaxienpaaren stapelten, stapelten de Graaff und ihr Team Daten von über einer Million. Am Ende fanden die beiden Teams starke Hinweise auf Gasfilamente, obwohl sich ihre Messungen etwas unterschieden. Während Tanimuras Team feststellte, dass die Dichte dieser Filamente etwa dreimal so hoch war wie die durchschnittliche Dichte im umgebenden Hohlraum, stellten de Graaf und ihr Team fest, dass sie sechsmal so hoch waren wie die durchschnittliche Dichte.
"Wir erfassen das niedrigdichte Gas im kosmischen Netz statistisch durch eine Stapelmethode", sagte Hideki. „Das andere Team verwendet fast die gleiche Methode. Unsere Ergebnisse sind sehr ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass wir ein nahe gelegenes Universum untersuchen, andererseits untersuchen sie ein relativ weiter entferntes Universum. “
Dieser besondere Aspekt ist insofern besonders interessant, als er darauf hindeutet, dass die baryonische Materie im kosmischen Netz im Laufe der Zeit weniger dicht geworden ist. Zwischen diesen beiden Ergebnissen machten die Studien zwischen 15 und 30% des gesamten baryonischen Gehalts des Universums aus. Das würde zwar bedeuten, dass noch ein erheblicher Teil der baryonischen Materie des Universums zu finden ist, aber es ist dennoch ein beeindruckender Fund.
Wie Hideki erklärte, stützen ihre Ergebnisse nicht nur das aktuelle kosmologische Modell des Universums (das Lambda-CDM-Modell), sondern gehen darüber hinaus:
„Das Detail in unserem Universum ist immer noch ein Rätsel. Unsere Ergebnisse werfen ein Licht darauf und zeigen ein genaueres Bild des Universums. Als die Menschen zum Meer gingen und anfingen, eine Weltkarte zu erstellen, wurde sie damals für die meisten Menschen nicht verwendet, aber wir verwenden die Weltkarte jetzt, um ins Ausland zu reisen. Auf die gleiche Weise kann eine Karte des gesamten Universums jetzt nicht wertvoll sein, da wir keine Technologie haben, um weit in den Weltraum vorzudringen. Es könnte jedoch 500 Jahre später wertvoll sein. Wir befinden uns in der ersten Phase der Erstellung einer Karte des gesamten Universums. “
Es eröffnet auch Möglichkeiten für zukünftige Studien des Comsic Web, die zweifellos vom Einsatz von Instrumenten der nächsten Generation wie dem James Webb-Teleskop, dem Atacama Cosmology Telescope und dem Q / U Imaging ExperimenT (QUIET) profitieren werden. Mit etwas Glück können sie die verbleibende fehlende Materie erkennen. Dann können wir uns vielleicht endlich auf die unsichtbare Masse konzentrieren!
