Efter mange års søgning, forskere kan endelig redegøre for alt det normale stof i universet

Astronomer, der bruger en kraftig kvasar til at studere en enorm usynlig trille fuld af overophedet gas, siger, at de måske endelig har opdaget universets 'manglende' påviselige stof.

Fundene, offentliggjort i tidsskriftet Natur , løse et årtier gammelt mysterium og kunne hjælpe forskere med yderligere at undersøge kosmos struktur og udvikling.

Alle atomerne i stjernerne, galakser og planeter, der eksisterer, udgør cirka 5 procent af kosmos masse-energitæthed. Det overvældende flertal, omkring 70 procent, består af mørk energi - en mystisk, frastødende kraft, der får universet til at ekspandere hurtigere og hurtigere. Det resterende kvarter eller deromkring består af mørkt stof - usynligt, urørlige ting, hvis tilstedeværelse kun kan mærkes af dens tyngdekraftsindflydelse på galaktiske skalaer. Mørkt stof forbinder klynger af galakser med massive slynger, danner en kosmisk bane, der fungerer som et uset skelet for universet.

Forskere har estimeret disse aktier stort set ved hjælp af to forskellige metoder, sagde studieforfatter J. Michael Shull, en astrofysiker ved University of Colorado, Kampesten. Mange år siden, forskere beregnede nogenlunde, hvor meget stof der ville have dannet sig i kølvandet på "big bang", der fødte universet. Astronomer har også undersøgt den kosmiske mikrobølge baggrund - det ældste lys i universet, som gennemsyrer hele himlen - og fandt nogenlunde de samme proportioner af normalt stof, mørkt stof og mørk energi.

Det lille stykke normal stof, som vi direkte kan opdage, som forskere kalder baryonisk stof, er den mest kendte mængde af de tre:Den udsender lys (som solen) eller reflekterer den (som månen), gør det synligt for os eller påviseligt ved hjælp af teleskoper. Og alligevel præsenterer den også sit eget mysterium, fordi i årtier, forskere har ikke kunnet finde det hele.

"For over 20 år siden bemærkede folk, at hvis du har lagt alt stjernelys og al den masse i galakser, der følger med det stjernelys sammen, du får kun omkring 10 procent af de 5 procent af almindeligt stof, "Shull sagde." Så der var et problem med "manglende sager", der går tilbage over 20 år:hvor er gassen, hvor er baryonerne, der ikke er faldet sammen til stjerner og galakser? "

"Derfor bekymrede vi os om det, "tilføjede han." Det går virkelig i hjertet af centrale forudsigelser i kosmologi om big bang. "

Forskere har langsomt chippet væk ved dette hul ved at tilføje til folketællingen alt det varme, diffus gas i de enorme galoer af galakser og endnu større galaksehobe. Men de spekulerede på, om endnu mere af det manglende stof faktisk kunne blive suspenderet i de enorme filamenter af mørkt stof, der udgør det kosmiske væv.

Her er problemet med at finde det manglende stof:Det ville for det meste være lavet af brint, det enkleste element og langt det mest rigelige i universet. Når hydrogenatomer ioniseres, de kan blive usynlige for optiske bølgelængder, hvilket gør dem meget vanskelige at opdage.

Heldigvis hvis en sky af ioniseret brint sidder mellem jorden og en kilde til ultraviolet lys, at hydrogen vil absorbere visse bølgelængder, efterlader et tydeligt kemisk fingeraftryk, som astronomer kan registrere, når det når deres teleskoper. Shull og kolleger har yderligere tilføjet folketællingen ved at finde denne ioniserede gas.

Problemet er, at efterhånden som gassen bliver varmere og varmere - sig f.eks. over en million grader Kelvin - ioniseret hydrogen stopper med at efterlade et klart signal i ultraviolet. Så for dette papir målrettede forskerne også meget sjældnere iltioner, og ledte efter deres fingeraftryk i røntgenstråler, som er meget højere energi bølgelængder af lys.

Forskerne brugte European Space Agency's XMM-Newton røntgenrumteleskop til at studere BL Lacertae quasar 1ES 1553+113, en aktiv, supermassivt sort hul i midten af ​​en galakse. Kvasarer gobler stof op og skinner klart i mange lysbølgelængder, fra radiobølger til røntgenstråler. Disse himmelske fyrtårne ​​kan dybest set baggrundsbelyse det materiale, der krydser bjælkens vej, ligesom en lommelygte stråler oplyser usynlige støv i luften.

Undersøgelse af det kemiske fingeraftryk af ilt i røntgenstrålerne fra kvasarlys, forskerne fandt en stor mængde ekstremt varm intergalaktisk gas - så meget, at de beregner, at denne gas kunne tegne sig for op til 40 procent af det baryoniske stof i kosmos, hvilket kunne være nok til at forklare den manglende sag.

Forskerne tror, ​​at disse ioner kan have startet i stjernerne, der gik supernova, og blev smidt ud af deres hjem galakser af disse eksplosive stjernedødsfald. De kan have været overophedet af stød. Atomer skal interagere med hinanden for at udstråle energi, og fordi de enkelte atomer i denne sparsomme gas var så langt fra hinanden, ude af stand til at røre hinanden, de forblev ekstremt varme.

Taotao Fang fra Jiujiang Research Institute i Kina, der ikke var involveret i undersøgelsen, pegede på et par mulige alternative forklaringer, herunder, at det ioniserede gassignal kan være kommet inde fra en galakse frem for fra intergalaktisk gas, der er indlejret i et mørkt stoffilament.

Stadig, Fang skrev i en kommentar, fundene "giver et pirrende glimt af, hvor de undvigende manglende baryoner har gemt sig."

Det næste trin, Shull sagde, er at gentage disse observationer ved hjælp af andre kvasarer, for at se om andelen af ​​baryonisk stof, som de fandt, holder i andre dele af himlen.

© 2018 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.