Hvor mangler universerne stof?

Astronomer, der bruger ESA's XMM-Newton rumobservatorium, har undersøgt de gasfyldte haloer omkring galakser i en søgen efter at finde "manglende" stof, der menes at ligge der, men er kommet tomhændet op – så hvor er det?

Alt stof i universet eksisterer i form af 'normalt' stof eller det notorisk undvigende og usynlige mørke stof, med sidstnævnte omkring seks gange mere produktiv.

Mærkeligt nok, Forskere, der har studeret nærliggende galakser i de senere år, har fundet ud af, at de indeholder tre gange mindre normalt stof end forventet, med vores egen Mælkevejsgalakse, der indeholder mindre end halvdelen af ​​den forventede mængde.

"Dette har længe været et mysterium, og videnskabsmænd har brugt mange kræfter på at søge efter dette manglende stof, " siger Jiangtao Li fra University of Michigan, USA, og hovedforfatter på et nyt papir.

"Hvorfor er det ikke i galakser - eller er det der, men vi ser det bare ikke? Hvis det ikke er der, hvor er det? Det er vigtigt, at vi løser dette puslespil, da det er en af ​​de mest usikre dele af vores modeller af både det tidlige univers og af hvordan galakser dannes."

I stedet for at ligge inden for hovedmassen af ​​galaksen, delen kan observeres optisk, forskere troede, at det i stedet kan ligge inden for et område med varm gas, der strækker sig længere ud i rummet for at danne en galakses glorie.

Disse varme, sfæriske haloer er blevet opdaget før, men området er så svagt, at det er svært at observere i detaljer - dets røntgenstråling kan gå tabt og ikke skelnes fra baggrundsstråling. Tit, forskere observerer et lille stykke ind i denne region og ekstrapolerer deres resultater, men dette kan resultere i uklare og varierende resultater.

Jiangtao og kolleger ønskede at måle den varme gas ud til større afstande ved hjælp af ESA's XMM-Newton røntgenrumobservatorium. De så på seks lignende spiralgalakser og kombinerede dataene for at skabe en galakse med deres gennemsnitlige egenskaber.

"Ved at gøre dette, galaksens signal bliver stærkere, og røntgenbaggrunden opfører sig bedre, " tilføjer medforfatter Joel Bregman, også fra University of Michigan.

"Vi var derefter i stand til at se røntgenstrålingen til omkring tre gange længere ude, end hvis vi observerede en enkelt galakse, hvilket gjorde vores ekstrapolering mere nøjagtig og pålidelig."

Massive og isolerede spiralgalakser giver den bedste chance for at søge efter manglende stof. De er massive nok til at opvarme gassen til temperaturer på millioner af grader, så de udsender røntgenstråler, og har stort set undgået at blive forurenet af andet materiale gennem stjernedannelse eller interaktioner med andre galakser.

Mangler stadig

Holdets resultater viste, at den halo, der omgiver galakser som dem, der blev observeret, alligevel ikke kan indeholde alt det manglende stof. På trods af ekstrapolering til næsten 30 gange radius af Mælkevejen, næsten tre fjerdedele af det forventede materiale manglede stadig.

Der er to primære alternative teorier om, hvor det kunne være:enten opbevares det i en anden gasfase, der er dårligt observeret – måske enten en varmere og mere tynd fase eller en køligere og tættere fase – eller inden for et område, der ikke er dækket af vores aktuelle observationer eller udsender røntgenstråler for svagt til at kunne opdages.

På den ene eller anden måde, Da galakserne ikke indeholder nok manglende stof, kan de have kastet det ud i rummet, måske drevet af injektioner af energi fra eksploderende stjerner eller af supermassive sorte huller.

"Dette arbejde er vigtigt for at hjælpe med at skabe mere realistiske galaksemodeller, og til gengæld hjælpe os med bedre at forstå, hvordan vores egen galakse dannedes og udviklede sig, siger Norbert Schartel, ESA XMM-Newton-projektforsker. "Denne form for opdagelse er simpelthen ikke mulig uden XMM-Newtons utrolige følsomhed."

"I fremtiden, videnskabsmænd kan tilføje endnu flere galakser til vores undersøgelsesprøver og bruge XMM-Newton i samarbejde med andre højenergiobservatorier, såsom ESA's kommende Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics, Athene, at undersøge det udvidede, lavdensitetsdele af en galakse ydre kanter, mens vi fortsætter med at opklare mysteriet om universets manglende stof."