Megtalálták a világegyetem hiányzó anyagának nagy részét

11836

A világegyetemben megfigyelt mozgások arra utalnak, hogy a galaxisokat és galaxishalmazokat a látható, fénylő anyagnál jóval nagyobb tömegek gravitációs hatása tartja össze. Ha ez a gravitációs többlet nem volna jelen, a galaxisoknak és galaxishalmazoknak már szét kellett volna hullaniuk, mivel bennük számos égitest mozgási sebessége meghaladná a szökési sebességet. Sok csillagász, köztük a 2016 decemberében elhunyt Vera Rubin munkája nyomán vált széles körben elfogadottá a sötét anyag létezése. A sötét anyag ma a kozmológia standard modelljének elengedhetetlen része, ugyanakkor a mibenlétéről nem sokat tudunk. Még az is kérdéses, hogy szokványos – protonokból és neutronokból álló, azaz barionos – anyagról, vagy valami egzotikusabb, az elektromágneses sugárzással egyáltalán nem kölcsönható, csak gravitációs hatást kifejtő részecskékről van-e szó. Az asztrofizikusok többsége ma egyetért abban, hogy a sötét anyag nagyobbik része nem barionos anyag.

Most egy Hideki Tanimura által irányított kanadai, és egy Anna de Graaf vezette brit székhelyű csillagász kutatócsoport egymástól függetlenül, ám egyszerre fedezett fel annyi hiányzó szokványos anyagot a világegyetemben, ami másfélszeresére növelte az ismert barionos anyag mennyiségét. Az újonnan felfedezett anyag a galaxisokat összekötő keskeny, híg és forró gázhidak, filamentumok formájában van jelen. Ez a gáz túlságosan ritka és nem eléggé forró ahhoz, hogy az általa kibocsátott sugárzás bármilyen csillagászati műszerrel kimutatható legyen. A csillagászok ezért nem egyedi képződményeket kerestek, hanem sok ilyen gázhíd együttes hatásának a nyomait vizsgálták. Az ötletes módszer mindkét csoport esetében ugyanaz volt, ám nem azonos mintán végezték a vizsgálatokat.

A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás legpontosabb térképét az ESA Planck műholdja készítette. Forrás: ESA

A csillagászok a Szunyajev–Zeldovics-effektus segítségével vizsgálták a képződményeket. Ezt a jelenséget az ősrobbanásból visszamaradt kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) forró gázokkal való kölcsönhatása okozza. A CMB fotonjai szóródnak a forró gáz elektronjain, amitől egy forró gázfelhő irányában kissé megemelkedik a CMB sugárzási hőmérséklete. A CMB egy gyakorlatilag statikus mikrohullámú mintázat az égbolton, amit az Európai Űrügynökség (ESA) Planck műholdja térképezett fel a legalaposabban. Ám a galaxisokat összekapcsoló egyedi gázfilamentumok hatása a mégoly pontos mérések ellenére is megfigyelhetetlenül csekély erre a magától is kissé fluktuáló, foltos mintázatra. A kutatók ezért több százezer galaxispár, illetve a köztük húzódó tartomány CMB térképét összegezték megfelelő összeforgatás és skálázás után. Ezen az összegképen már egyértelműen kimutatható volt a galaxisok közötti gázhidak jelenléte, és mérhető volt azok átlagos sűrűsége.

A világegyetem nagy skálájú szerkezete egy szimuláció szerint. Az új felfedezések alátámasztják, hogy a galaxisok és a világegyetem nagy struktúráinak keletkezésére vonatkozó legtöbb elképzelésünk helyes. Forrás: Millennium Simulation Project.

A két csoport eredményei egymással összhangban arra mutatnak, hogy nagyon jelentős mennyiségű barionos anyag van jelen ezekben a ritka, ám összességében hatalmas térfogatú képződményekben. Ennek az anyagnak a létezését már több évtizede előre jelezték a szimulációk, és most végre megfigyelésekkel is a nyomára bukkantak. „Tulajdonképpen mindenki tudta, hogy ennek az anyagnak ott kell lennie, ám most először sikerült egyértelműen kimutatni – éspedig nem kevesebb, mint két kutatócsoportnak is egyszerre.” – mondta el Ralph Kraft, a Massachusetts-i Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics kutatóintézet munkatársa. – „Ez azért is jelentős lépés, mert alátámasztja, hogy a galaxisok és a világegyetem nagy struktúráinak keletkezésére vonatkozó legtöbb elképzelésünk helyes.”

Források:
New Scientist

Az eredményeket bemutató tanulmányok az arXiv.org preprint-szerveren elérhetőek:
A Search for Warm/Hot Gas Filaments Between Pairs of SDSS Luminous Red Galaxies” – Hideki Tanimura, Gary Hinshaw, Ian G. McCarthy, Ludovic Van Waerbeke, Yin-Zhe Ma, Alexander Mead, Alireza Hojjati, Tilman Tröster, 2017. szeptember 15., arXiv:1709.05024

Missing baryons in the cosmic web revealed by the Sunyaev-Zel’dovich effect” – Anna de Graaff, Yan-Chuan Cai, Catherine Heymans, John A. Peacock, 2017. szeptember 29., arXiv:1709.10378v1

Hozzászólás

hozzászólás