Wissenschaftler lokalisieren fehlende gewöhnliche Materie um Galaxien

Astronomen haben endlich die fehlende 'gewöhnliche' Materie des Universums lokalisiert und damit ein jahrzehntealtes kosmisches Rätsel gelöst. Mithilfe von Beobachtungen des Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME)-Teleskops identifizierten Forscher diffuse Wolken heißen Gases, die Galaxien umgeben und die baryonische Materie ausmachen, die lange Zeit der Entdeckung entgangen war. Diese gewöhnliche Materie, bestehend aus Protonen und Neutronen, wurde von kosmologischen Modellen vorhergesagt, aber bislang nicht in den erwarteten Mengen direkt beobachtet.

Die Entdeckung beeinflusst unser grundlegendes Verständnis der Zusammensetzung des Universums. Baryonische Materie – das Material, aus dem Sterne, Planeten und Lebewesen bestehen – macht nur etwa 5 % des Universums aus, der Rest ist Dunkle Materie und Dunkle Energie. Selbst innerhalb dieses kleinen Anteils war jedoch fast die Hälfte in Durchmusterungen von Sternen und Galaxien nicht nachgewiesen worden. Die neu gefundenen Gaswolken, die extrem diffus und heiß (etwa 1 Million Grad Celsius) sind, umgeben Galaxien wie die Milchstraße und erstrecken sich weit über ihre sichtbaren Scheiben hinaus.

Dies ist von Bedeutung, weil es eine zentrale Vorhersage des Standardmodells der Kosmologie bestätigt, wonach baryonische Materie in einem Netz von Filamenten zwischen Galaxien verteilt sein sollte. Das CHIME-Teleskop in British Columbia, Kanada, entdeckte die fehlende Materie durch die Beobachtung von Fast Radio Bursts (FRBs) – kurzen, energiereichen Radiowellenimpulsen aus fernen Galaxien. Wenn diese FRBs durch das heiße Gas reisen, werden ihre Signale bei bestimmten Frequenzen verzögert, was die Anwesenheit und Dichte des Gases offenbart.

Konkrete Zahlen aus der Studie: Die fehlende Materie wurde im zirkumgalaktischen Medium (CGM) von Galaxien gefunden, mit Dichten, die den theoretischen Erwartungen entsprechen. Die im Fachjournal Nature veröffentlichte Forschung nutzte Daten von CHIME und dem Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment/Fast Radio Burst (CHIME/FRB)-Projekt. Das Team analysierte 13 FRBs, um die Verteilung von Elektronen entlang ihrer Wege zu kartieren, und fand heraus, dass das CGM genügend Baryonen enthält, um den fehlenden Anteil zu erklären.

Hintergrund: Die Suche nach den fehlenden Baryonen dauert seit über 20 Jahren an. Frühere Versuche mit Röntgen- und Ultraviolettbeobachtungen hatten nur etwa die Hälfte der erwarteten Baryonen im lokalen Universum gefunden. Das CHIME-Teleskop, das 2017 seinen Betrieb aufnahm, wurde entwickelt, um neutralen Wasserstoff zu kartieren und FRBs zu detektieren, was es für diese Aufgabe besonders geeignet macht.

Nächste Schritte: Die Forscher planen, weitere FRBs zu nutzen, um ihre Messungen zu verfeinern und die fehlende Materie detaillierter zu kartieren. Zukünftige Teleskope wie das Square Kilometre Array (SKA) könnten diese Ergebnisse weiter bestätigen und die Rolle des CGM in der Galaxienentwicklung erforschen. Diese Entdeckung eröffnet auch neue Wege zur Untersuchung der großräumigen Struktur des Universums und der Prozesse, die die Galaxienbildung steuern.