Al decennia lang is het overheersende kosmologische model dat door wetenschappers wordt gebruikt, gebaseerd op de theorie dat naast baryonische materie - ook bekend als. "Normale" of "lichtgevende" materie, die we kunnen zien - het heelal bevat ook een aanzienlijke hoeveelheid onzichtbare massa. Deze "donkere materie" is goed voor ongeveer 26,8% van de massa van het heelal, terwijl normale materie slechts 4,9% uitmaakt.
Hoewel de zoektocht naar Dark Matter aan de gang is en er nog geen direct bewijs is te vinden, zijn wetenschappers zich er ook van bewust dat ongeveer 90% van de normale materie van het universum nog steeds niet werd opgemerkt. Volgens twee recent gepubliceerde nieuwe onderzoeken is mogelijk veel van deze normale materie - die bestaat uit filamenten van heet, diffuus gas dat sterrenstelsels met elkaar verbindt - uiteindelijk gevonden.
De eerste studie, getiteld "A Search for Warm / Hot Gas Filaments Between Pairs of SDSS Luminous Red Galaxies", verscheen in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomic Society. De studie werd geleid door Hideki Tanimura, een toenmalige promovendus aan de University of British Columbia, en omvatte onderzoekers van het Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), de Liverpool John Moores University en de University of KwaZulu-Natal.
De tweede studie, die onlangs online verscheen, heette "Missing Baryons in the Cosmic Web Revealed by the Sunyaev-Zel’dovich Effect". Dit team bestond uit onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh en stond onder leiding van Anna de Graaff, een niet-gegradueerde student van het Institute for Astronomy van de Royal Observatory in Edinburgh. Deze twee teams werkten onafhankelijk van elkaar en pakten een probleem aan met de ontbrekende materie van het universum.
Gebaseerd op kosmologische simulaties, was de overheersende theorie dat de voorheen ongedetecteerde normale materie van het heelal bestaat uit strengen baryonische materie - d.w.z. protonen, neutronen en elektronen - die tussen sterrenstelsels zweven. Deze regio's zijn wat bekend staat als het "Kosmische Web", waar gas met een lage dichtheid bestaat bij een temperatuur van 105 tot 107 K (-168 tot -166 ° C; -270 tot 266 ° F).
Omwille van hun studies hebben beide teams de gegevens geraadpleegd van de Planck Collaboration, een onderneming die wordt beheerd door de European Space Agency en die al diegenen omvat die hebben bijgedragen aan de Planck missie (ESA). Dit werd gepresenteerd in 2015, waar het werd gebruikt om een thermische kaart van het heelal te maken door de invloed van het Sunyaev-Zeldovich (SZ) -effect te meten.
Dit effect verwijst naar een spectrale vervorming in de kosmische microgolfachtergrond, waar fotonen worden verstrooid door geïoniseerd gas in sterrenstelsels en grotere structuren. Tijdens zijn missie om de kosmos te bestuderen, de Planck satelliet heeft de spectrale vervorming van CMB-fotonen met grote gevoeligheid gemeten, en de resulterende thermische kaart is sindsdien gebruikt om de grootschalige structuur van het heelal in kaart te brengen.
De filamenten tussen sterrenstelsels leken echter te zwak om door wetenschappers te worden onderzocht. Om dit te verhelpen, hebben de twee teams gegevens geraadpleegd uit de Noord- en Zuid-CMASS-melkwegcatalogi, die zijn geproduceerd op basis van de 12e gegevensversie van Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Uit deze dataset selecteerden ze vervolgens sterrenstelsels en concentreerden ze zich op de ruimte ertussen.
Vervolgens stapelden ze de door Planck voor deze gebieden bovenop elkaar om de signalen te versterken die worden veroorzaakt door het SZ-effect tussen sterrenstelsels. Zoals Dr. Hideki via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“Het SDSS-sterrenstelselonderzoek geeft een vorm van de grootschalige structuur van het heelal. De Planck-waarneming geeft een all-sky kaart van gasdruk met een betere gevoeligheid. We combineren deze gegevens om het laag-dichte gas in het kosmische web te onderzoeken. ”
Terwijl Tanimura en zijn team gegevens stapelden van 260.000 melkwegparen, stapelden De Graaff en haar team gegevens van meer dan een miljoen. Uiteindelijk kwamen de twee teams met sterk bewijs van gasfilamenten, hoewel hun metingen enigszins verschilden. Terwijl het team van Tanimura ontdekte dat de dichtheid van deze filamenten ongeveer drie keer de gemiddelde dichtheid was in de omliggende leegte, ontdekten de Graaf en haar team dat ze zes keer de gemiddelde dichtheid waren.
"We detecteren het laag-dichte gas in het kosmische web statistisch door middel van een stapelmethode", zei Hideki. 'Het andere team gebruikt bijna dezelfde methode. Onze resultaten zijn vergelijkbaar. Het belangrijkste verschil is dat we een heelal in de buurt onderzoeken, maar ze onderzoeken een relatief verder heelal. ”
Dit specifieke aspect is bijzonder interessant omdat het erop wijst dat de baryonische materie in het Kosmische Web in de loop van de tijd minder dicht is geworden. Tussen deze twee resultaten waren de studies goed voor tussen 15 en 30% van de totale baryonische inhoud van het heelal. Hoewel dat zou betekenen dat er nog een aanzienlijk deel van de baryonische materie van het universum nog te vinden is, is het toch een indrukwekkende vondst.
Zoals Hideki uitlegde, ondersteunen hun resultaten niet alleen het huidige kosmologische model van het heelal (het Lambda CDM-model), maar gaan ze ook verder:
'De details in ons universum zijn nog steeds een mysterie. Onze resultaten werpen er licht op en onthullen een nauwkeuriger beeld van het heelal. Toen mensen naar de oceaan gingen en een kaart van onze wereld begonnen te maken, werd die toen niet voor de meeste mensen gebruikt, maar we gebruiken de wereldkaart nu om naar het buitenland te reizen. Op dezelfde manier is een kaart van het hele universum nu misschien niet waardevol omdat we geen technologie hebben om ver de ruimte in te gaan. Het kan echter 500 jaar later waardevol zijn. We bevinden ons in de eerste fase van het maken van een kaart van het hele universum. ”
Het biedt ook mogelijkheden voor toekomstige studies van het Comsic Web, dat ongetwijfeld zal profiteren van de inzet van instrumenten van de volgende generatie, zoals James Webb Telescope, de Atacama Cosmology Telescope en het Q / U Imaging ExperimenT (QUIET). Met een beetje geluk kunnen ze de resterende ontbrekende materie herkennen. Dan kunnen we misschien eindelijk alle onzichtbare massa op nul zetten!
