Astronomer som använder ESA:s rymdobservatorium XMM-Newton har undersökt de gasfyllda haloerna runt galaxer i en strävan efter att hitta 'saknade' ämnen som man tror finns där, men har kommit upp med tomma händer-så var är det?

All materia i universum existerar i form av "normal" materia eller den notoriskt svårfångade och osynliga mörka materien, med den senare ungefär sex gånger mer produktiv.

Nyfiket, forskare som studerat närliggande galaxer de senaste åren har funnit att de innehåller tre gånger mindre normal materia än förväntat, med vår egen Vintergatans galax som innehåller mindre än hälften av den förväntade mängden.

"Detta har länge varit ett mysterium, och forskare har lagt ned mycket arbete på att leta efter denna saknade fråga, "säger Jiangtao Li från University of Michigan, USA, och huvudförfattare till ett nytt papper.

"Varför är det inte i galaxer - eller finns det där, men vi ser det bara inte? Om det inte finns där, var är det? Det är viktigt att vi löser detta pussel, eftersom det är en av de mest osäkra delarna av våra modeller av både det tidiga universum och hur galaxer bildas. "

Istället för att ligga inom den största delen av galaxen, delen kan observeras optiskt, forskare trodde att det istället kan ligga inom ett område med het gas som sträcker sig längre ut i rymden för att bilda en galax halo.

Dessa heta, sfäriska halor har detekterats tidigare, men regionen är så svag att det är svårt att i detalj observera-dess röntgenemission kan gå förlorad och kan inte skiljas från bakgrundsstrålning. Ofta, forskare observerar ett litet avstånd in i denna region och extrapolerar sina fynd men detta kan resultera i oklara och varierande resultat.

Jiangtao och kollegor ville mäta den heta gasen till större avstånd med hjälp av ESA:s XMM-Newton röntgenutrymme. De tittade på sex liknande spiralgalaxer och kombinerade data för att skapa en galax med sina genomsnittliga egenskaper.

"Genom att göra det här, galaxens signal blir starkare och röntgenbakgrunden beter sig bättre, "tillägger medförfattaren Joel Bregman, även vid University of Michigan.

"Vi kunde då se röntgenutsläppet ungefär tre gånger längre ut än om vi observerade en enda galax, vilket gjorde vår extrapolering mer exakt och tillförlitlig. "

Massiva och isolerade spiralgalaxer erbjuder den bästa chansen att söka efter saknade ämnen. De är massiva nog för att värma gas till temperaturer på miljontals grader så att de avger röntgenstrålar, och har i stort sett undvikit att smittas av annat material genom stjärnbildning eller interaktioner med andra galaxer.

Saknas fortfarande

Teamets resultat visade att halo som omger galaxer som de som observerats inte kan innehålla allt saknat material trots allt. Trots att man extrapolerar till nästan 30 gånger radien för Vintergatan, nästan tre fjärdedelar av det förväntade materialet saknades fortfarande.

Det finns två huvudsakliga alternativa teorier om var det kan vara:antingen lagras det i en annan gasfas som är dåligt observerad - kanske antingen en varmare och mer tuff fas eller en svalare och tätare - eller inom en plats av utrymme som inte är omfattas av våra nuvarande observationer eller avger röntgenstrålar för svagt för att kunna upptäckas.

Hur som helst, eftersom galaxerna inte innehåller tillräckligt med saknade ämnen kan de ha kastat ut det i rymden, kanske drivs av injektioner av energi från exploderande stjärnor eller av supermassiva svarta hål.

"Detta arbete är viktigt för att skapa mer realistiska galaxmodeller, och i sin tur hjälpa oss att bättre förstå hur vår egen galax bildades och utvecklades, säger Norbert Schartel, ESA XMM-Newton projektvetare. "Den här typen av fynd är helt enkelt inte möjlig utan XMM-Newtons otroliga känslighet."

"I framtiden, forskare kan lägga till ännu fler galaxer i våra studieprover och använda XMM-Newton i samarbete med andra högenergiobservatorier, till exempel ESA:s kommande Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics, Athena, att undersöka det förlängda, lågdensitetsdelar av en galax ytterkanter, när vi fortsätter att avslöja mysteriet om universums saknade materia. "