A világegyetem anyagának fele hiányzott – most megtalálták
Egy új, részletes égbolt-elemzés végre felfedte, hol rejtőzött eddig a világegyetem látható anyagának hiányzó fele.
A válasz: óriási, láthatatlan ionizált hidrogénfelhők bújnak meg a galaxisok körüli térben. Ezeket szabad szemmel, vagy hagyományos távcsövekkel lehetetlen lenne érzékelni – de egy nemzetközi csillagász- és asztrofizikuscsapat olyan módszert dolgozott ki, amely képes feltárni ezeket a rejtett struktúrákat az univerzum sötét hátterében.
A különféle felmérések megerősítik: a hiányzó anyag egy intergalaktikus, hidrogénből álló ködként terül szét, és sokkal távolabbra jut a galaxisok aktív magjától, mint azt korábban bárki feltételezte.
„Úgy gondoljuk, ha elég messzire nézünk egy galaxistól, visszanyerhetjük az összes hiányzó gázt” – mondta Boryana Hadzhiyska, a Kaliforniai Egyetem és a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium kutatója.
„Ahhoz, hogy pontosabbak legyünk, még részletes szimulációkra van szükség – ezt szeretnénk alaposan elvégezni.”
Mi is az a hiányzó anyag?
Az úgynevezett baryonikus, vagyis „normális” anyag – amiből a csillagok, bolygók, emberek és minden megszokott dolog áll – az univerzum anyag-energia tartalmának mindössze 5%-át teszi ki. A maradék 27% sötét anyag, 68% pedig sötét energia. A sötét anyag és sötét energia külön történet, de a „hiányzó barionikus anyag rejtélye” már évtizedek óta komoly fejtörést okoz a tudósoknak.
A probléma: a megfigyelések szerint a hidrogén – ami az univerzum atomjainak 90%-át, tömegének 73%-át teszi ki – nagy része egyszerűen eltűnt. A kutatók úgy becsülik, hogy az univerzum hidrogénjének több mint fele hiányzik az észlelt mennyiségből.
Láthatatlan gáz, láthatatlan fény
A térben található hidrogént ionizálhatja a sugárzás, ami halvány fényt okozhat – de a galaxisok közötti tér olyan ritka és hideg, hogy ez a fény túl gyenge ahhoz, hogy kimutatható legyen.
A kutatók azonban nem adták fel. Egyre népszerűbb módszer, hogy nem magát a gázt nézik, hanem a mögötte lévő fény változásait. Ilyen például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás – az univerzum „ős-fénye”, amely minden irányban jelen van és az észlelhető világ határát jelöli ki.
„A kozmikus mikrohullámú háttér minden mögött ott van, amit az univerzumban látunk” – magyarázta Simone Ferraro kozmológus, a Lawrence Berkeley Laboratórium munkatársa. „Olyan ez, mint egy háttérvilágítás – segítségével láthatjuk, hol van a gáz.”
Amikor ez a háttérfény ionizált hidrogénfelhőkön halad át, fényereje kismértékben nőhet vagy csökkenhet, attól függően, hogyan szóródik az elektronokon – ezt nevezik kinematikus Szunyajev-Zeldovics-effektusnak. Csakhogy maga a háttérfény is rendkívül halvány, nehezen észlelhető.
A megoldás: millió réteg egymáson
A kutatók ezért az úgynevezett „stackelés” technikáját alkalmazták: több mint egymillió vörös színű, fényes galaxis megfigyelését egymásra halmozták, és így emelték ki az egyébként elenyészően gyenge jeleket. A galaxisok 8 milliárd fényéven belül helyezkedtek el a Tejútrendszerhez képest.
Az eredmény: a galaxisokat körülvevő hidrogénhalók sokkal nagyobbak, mint eddig hittük – sőt, az is lehet, hogy a mostani megfigyelések még csak részben fedik le a valós méreteiket.
„A mérések mindenképpen azt sugallják, hogy sikerült megtalálni az összes hiányzó gázt” – mondta Ferraro.
A fekete lyukak új szerepe?
Mint oly sokszor a csillagászatban, egy új válasz új kérdéseket is felvet. A hidrogénhalókat ugyanis részben a galaxisba beáramló gáz, részben pedig a galaxis közepén lévő szupermasszív fekete lyuk aktivitása táplálja.
Amikor a fekete lyuk „táplálkozik”, óriási anyagsugarakat és erős szelet bocsát ki, amelyek millió fényévre is kilökhetik a gázt a galaxisból – ezzel egy időre leállítva a csillagkeletkezést is.
Az, hogy a hálók nagyobbak a vártnál, arra utal, hogy a fekete lyukak időszakosan aktívak lehetnek – és ez összhangban van más megfigyelésekkel is, ahol „alvó” fekete lyukak hirtelen újra felélednek. Ez az ismeret kulcsfontosságú a galaxisfejlődés modelljeihez.
Még több darab a kirakósban
A hiányzó barionok feltérképezésére irányuló más kutatások szerint az anyag egy része a sötét anyagból álló kozmikus háló szálai mentén helyezkedik el – ezek az univerzum galaxisait összekötő struktúrák.
Ez az új technika új utakat nyitott a hidrogén felkutatására. Már „csak” annyi a dolguk, hogy összeillesszék a kirakós darabjait.
„Ez a munka egy izgalmas új kutatási irányt nyit meg” – írják a tanulmány szerzői.
„A gáz és a sötét anyag közötti kapcsolat megértése nemcsak a jövő kozmológiai kutatásait segíti, hanem alapvető a galaxisok kialakulásának és fejlődésének megértéséhez is. Ez a tanulmány újabb fontos darabbal bővíti a kozmikus gáz összetett világának feltérképezésére irányuló tudást.”
A kutatás a Physical Review Letters folyóiratban jelenik meg, és elérhető az arXiv tudományos preprint-oldalon is.
