Forskere begynder at kortlægge det skjulte net, der stilladser universet

Efter at have talt alle de normale, lysende stof på de åbenlyse steder i universet - galakser, galaksehobe og det intergalaktiske medium - omkring halvdelen af ​​det mangler stadig. Så ikke alene består 85% af stoffet i universet af en ukendt, usynligt stof kaldet "mørkt stof, "Vi kan ikke engang finde al den lille mængde normalt stof, der burde være der.

Dette er kendt som problemet med "forsvundne baryoner". Baryoner er partikler, der udsender eller absorberer lys, som protoner, neutroner eller elektroner, som udgør den sag, vi ser omkring os. De baryoner, der ikke er redegjort for, menes at være skjult i filamentære strukturer, der gennemsyrer hele universet, også kendt som "det kosmiske web".

Men denne struktur er uhåndgribelig, og indtil videre har vi kun set glimt af den. Nu en ny undersøgelse, udgivet i Science, tilbyder en bedre visning, der vil gøre os i stand til at hjælpe med at kortlægge, hvordan det ser ud.

Det kosmiske væv udgør stilladset for den store struktur i universet, forudsagt af den "standard kosmologiske model". Kosmologer mener, at der er et mørkt kosmisk net, lavet af mørkt stof, og et lysende kosmisk væv, lavet af overvejende brintgas. Faktisk, det antages, at 60 % af det brint, der blev skabt under Big Bang, findes i disse filamenter.

Nettet af gasfilamenter er også kendt som det "varme-varme intergalaktiske medium" (WHIM), fordi det er nogenlunde lige så varmt som solens indre. Galakser vil sandsynligvis dannes ved skæringspunktet mellem to eller flere sådanne filamenter, hvor sagen er tættest, med filamenterne, der forbinder alle galaksehobe i universet.

Indtil nu, vi har ikke været i stand til at opdage mørkt stof. Dette skyldes, at det ikke udsender eller absorberer lys, så det ikke kan observeres med sædvanlige teleskoper. De kosmiske netfilamenter er også meget svære at finde, da de er meget diffuse, og de udsender ikke tilstrækkeligt lys til at blive opdaget.

Siden den oprindelige forudsigelse, der har været en intens søgen efter det kosmiske web, ved hjælp af en række forskellige metoder.

En af disse er afhængig af lyse genstande, der tilfældigvis ligger i baggrunden langs samme synslinje som en gasglødetråd. Brintatomerne i filamenterne kan absorbere lys ved en bestemt bølgelængde i det ultraviolette. Dette kan detekteres som absorptionslinjer i lyset fra baggrundsobjektet, når opdelt i et spektrum efter bølgelængde.

Denne metode er blevet anvendt ved hjælp af kvasarer, som er meget lyse massive genstande på store afstande, og endda med baggrundsgalakser.

Galakser lyser op på nettet

Den nye undersøgelse har formået at detektere gassen på en helt ny måde, som tillader todimensionel billeddannelse af det kosmiske væv, snarere end at stole på den tilfældige placering af en lys kilde bag gasskyen, der bruges i absorptionsundersøgelser.

Objektet de studerede, iørefaldende navn SSA22, er en protocluster, hvilket betyder, at det er en klynge af galakser i sin vorden. Det er meget længere væk end tidligere målte dele af det kosmiske net – dets lys rejste omkring 12 milliarder år for at nå os. Det betyder, at vi ser tilbage i tiden til universets tidlige stadier, giver videnskabsmænd mulighed for at undersøge, hvordan filamenterne først samledes.

Et par år siden, en række ekstremt lyse, stjernedannende galakser kaldet "sub-millimeter galakser" blev opdaget nær dens centrum. Denne nye undersøgelse har fundet 16 sådanne galakser og otte kraftige røntgenkilder, en sjælden overtæthed af sådanne genstande i denne tidlige epoke. Objekterne giver rigelige mængder ioniserende stråling til al brintgassen i filamenterne, hvilket får det til at udsende lys, som vi kan detektere - en teknik, der lover meget mere end absorption.

Et andet mysterium, som denne undersøgelse hjælper med at løse, er dannelsen af ​​sub-millimeter galakser. Den mest enige om forklaring er, at de dannes som et resultat af to normale galakser, der smelter sammen, danner derfor en massiv galakse med dobbelt så meget lys.

Imidlertid, computersimuleringer viser, at disse galakser kan vokse fra den kolde gas, der strømmer ind fra det tilstødende kosmiske net. Dette scenarie bekræftes af denne nye undersøgelse.

Detaljeret kort

Den nye undersøgelse baner vejen for en mere systematisk, todimensionel kortlægning af gasfilamenter, der kan fortælle os om deres bevægelser i rummet.

Fremtidige undersøgelser hjælper yderligere med at kortlægge det skjulte kosmiske web. Ud over at se på galaksehobe fulde af lyse objekter, vi kan også spore nettets emission i radio- eller røntgenbølgelængder. Imidlertid, røntgenstrålen sporer meget varmere gas end størstedelen af ​​WHIM. Det foreslåede Athena røntgenobservatorium vil give et fuldstændigt billede af de varme filamenter omkring galaksehobe i det nærliggende univers.

En anden foreslået mission efter 2050 er at bruge den kosmiske mikrobølgebaggrund - lyset tilbage fra Big Bang - som et "baggrundslys" og se efter fine aftryk efterladt i det af det kosmiske web.

Alle disse værktøjer vil afsløre hele strukturen af ​​det kosmiske net og give os en endelig optælling af stoffet i universet.

Hvad mere er, vi ved, at baryoner slår sig ned i universets mørke stoffilamenter for at lave deres egne filamenter, som skum over en eksisterende bølge. Det betyder, at detaljerede kort over gasfilamenterne kan hjælpe os med at spore den mere skjulte mørke stofstruktur og, ultimativt, hjælpe os med at forstå dens mystiske natur.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.