Astronomen helfen dabei, schwer fassbare Atome im ganzen Universum zu finden

Astronomen der University of Toronto haben einige der schwer fassbaren Dinge in unserem Universum entdeckt, indem sie einen tiefen Blick auf das kosmische Netz geworfen haben, das Netzwerk aus Filamenten und Knoten, das die großräumige Verteilung von Galaxien nachzeichnet.

Obwohl Galaxien den größten Teil des sichtbaren Lichts im Universum produzieren, enthalten sie weniger als 10 Prozent aller Atome im Kosmos. Die meisten anderen befinden sich im kosmischen Netz in Form eines Gases, das so diffus ist, dass es nicht mehr als etwa ein Atom pro Kubikfuß Raum gibt – weitaus leerer als das beste Vakuum, das jemals auf der Erde erreicht wurde.

„Weil das Gas so dünn ist, ist es extrem schwer zu sehen“, sagt der Kosmologe Adam Hincks, ein Assistenzprofessor, der an die David A. Dunlap-Abteilung für Astronomie und Astrophysik und das St. Michael’s College berufen wurde. „Jahrelang bezeichneten Astronomen dies als das ‚Problem der fehlenden Baryonen‘. Sie erwarteten, viele Atome zu sehen – die wir als Baryonen bezeichnen –, fanden aber nur einen Bruchteil davon, als wir alle leuchtende Materie zusammenzählten, die sie entdecken konnten.“

In den letzten Jahren haben Astronomen jedoch endlich damit begonnen, diese schwer fassbaren Atome zu entdecken.

In Toronto leitete Hincks – der auch der erste Inhaber des Sutton Family Chair in Science, Christianity and Cultures in St. Michael’s ist – ein internationales Team von Wissenschaftlern, das das diffuse, heiße Gas in einem etwa 40 Millionen Lichtjahre langen Filament dazwischen entdeckte zwei Galaxienhaufen.

Hincks und seine Mitarbeiter verwendeten Archivdaten des Planck-Satelliten und neuere Daten des Atacama Cosmology Telescope (ACT) im Norden Chiles, die den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB), das älteste Licht im Universum, untersuchen.

Indem sie beobachteten, wie das CMB-Licht vom Gas des Filaments gestreut wurde, stellten sie fest, dass das Gas im Filament die Masse von etwa 50 Milliarden Sonnen hat – etwa 50 Mal mehr Masse als unsere eigene Milchstraße.

Obwohl mit den Planck-Daten bereits Hinweise auf das Fadengas in diesem System gefunden worden waren, schärfte das größere ACT-Instrument das Bild erheblich und machte die Unterscheidung zwischen den Galaxienhaufen und dem Faden viel klarer.

Die Forschung ist in einem Papier beschrieben, das Anfang dieses Jahres in der veröffentlicht wurde Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Zu den Co-Autoren von Hincks an der U of T gehören Martine Lokken, eine Ph.D. Student in der Abteilung für Astronomie und Astrophysik der University of T, und J. Richard Bond, Professor am Canadian Institute of Theoretical Astrophysics (CITA).

Während die von Hincks geleitete Forschung die fehlenden Baryonen in einer bestimmten Gruppe von Galaxien ausfindig machte, hat Lokken aufgedeckt, wie dieses Gas in einem Ensemble spezieller Regionen des kosmischen Netzes verteilt ist.

Lokken, der von Bond und Renée Hložek, einer außerordentlichen Professorin am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics, betreut wird, verwendete Daten aus dem Dark Energy Survey, um fast 1.000 Galaxienhaufen zu identifizieren, die in Regionen des Universums leben, die wahrscheinlich von Filamentgas durchdrungen sind das ist dichter und heißer als der Durchschnitt.

Lokken kombinierte dann ihr erweitertes Gassignal in den Planck- und ACT-Daten. Sie fand Hinweise auf Gas nicht nur in den Clustern selbst, sondern auch in Fadenmustern, die sich von den Clustern weg erstreckten. Es wird erwartet, dass diese einen großen Teil des diffusen Gases enthalten, das in dem Artikel von Hincks beschrieben wurde.

„Unsere Arbeit zeigt einen neuen Weg, Gas im kosmischen Netz zu untersuchen“, sagt Lokken. „Die Erklärung aller sogenannten ‚fehlenden Baryonen‘ ist eine der wichtigsten Aufgaben, die wir als Kosmologen bewältigen müssen Universum.“

Lokkens Arbeit erschien kürzlich in einem Artikel in Das Astrophysikalische Journal.