Wetenschappers lokaliseren ontbrekende gewone materie rond sterrenstelsels

Astronomen hebben eindelijk de ontbrekende 'gewone' materie van het heelal gelokaliseerd, waarmee een decennia-oud kosmisch mysterie is opgelost. Met behulp van waarnemingen van de Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME)-telescoop identificeerden onderzoekers diffuse wolken heet gas rond sterrenstelsels, die verantwoordelijk zijn voor de baryonische materie die lang aan detectie was ontsnapt. Deze gewone materie, bestaande uit protonen en neutronen, werd voorspeld door kosmologische modellen, maar was tot nu toe niet direct waargenomen in de verwachte hoeveelheden.

De ontdekking heeft invloed op ons fundamentele begrip van de samenstelling van het heelal. Baryonische materie – het spul waaruit sterren, planeten en levende wezens bestaan – maakt slechts ongeveer 5% van het heelal uit, waarbij de rest donkere materie en donkere energie is. Maar zelfs binnen die kleine fractie was bijna de helft niet teruggevonden in onderzoeken van sterren en sterrenstelsels. De nieuw gevonden gaswolken, die extreem diffuus en heet zijn (ongeveer 1 miljoen graden Celsius), omringen sterrenstelsels zoals de Melkweg en strekken zich ver uit voorbij hun zichtbare schijven.

Dit is belangrijk omdat het een belangrijke voorspelling van het standaardmodel van de kosmologie bevestigt, dat stelt dat baryonische materie verdeeld zou moeten zijn in een web van filamenten tussen sterrenstelsels. De CHIME-telescoop, gevestigd in British Columbia, Canada, detecteerde de ontbrekende materie door snelle radioflitsen (FRB's) te observeren – korte, krachtige pulsen van radiogolven van verre sterrenstelsels. Terwijl deze FRB's door het hete gas reizen, worden hun signalen vertraagd bij bepaalde frequenties, wat de aanwezigheid en dichtheid van het gas onthult.

Specifieke getallen uit de studie zijn dat de ontbrekende materie werd gevonden in het circumgalactische medium (CGM) van sterrenstelsels, met dichtheden die overeenkomen met theoretische verwachtingen. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, gebruikte gegevens van CHIME en het Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment/Fast Radio Burst (CHIME/FRB)-project. Het team analyseerde 13 FRB's om de verdeling van elektronen langs hun paden in kaart te brengen en ontdekte dat het CGM voldoende baryonen bevat om de ontbrekende fractie te verklaren.

Achtergrond: De zoektocht naar ontbrekende baryonen is al meer dan 20 jaar aan de gang. Eerdere pogingen met röntgen- en ultravioletwaarnemingen hadden slechts ongeveer de helft van de verwachte baryonen in het lokale heelal gevonden. De CHIME-telescoop, die in 2017 in gebruik werd genomen, was ontworpen om neutrale waterstof in kaart te brengen en FRB's te detecteren, waardoor hij bij uitstek geschikt was voor deze taak.

Volgende stappen: De onderzoekers zijn van plan om meer FRB's te gebruiken om hun metingen te verfijnen en de ontbrekende materie in meer detail in kaart te brengen. Toekomstige telescopen zoals de Square Kilometre Array (SKA) zouden deze bevindingen verder kunnen bevestigen en de rol van het CGM in de evolutie van sterrenstelsels kunnen onderzoeken. Deze ontdekking opent ook nieuwe wegen voor het bestuderen van de grootschalige structuur van het heelal en de processen die de vorming van sterrenstelsels bepalen.