Efter att ha räknat alla normala, lysande materia på de uppenbara platserna i universum - galaxer, galaxhopar och det intergalaktiska mediet — ungefär hälften av det saknas fortfarande. Så inte bara består 85% av materien i universum av en okänd, osynlig substans kallad "mörk materia, "Vi kan inte ens hitta all den lilla mängd normal materia som borde finnas där.

Detta är känt som problemet med "försvunna baryoner". Baryoner är partiklar som avger eller absorberar ljus, som protoner, neutroner eller elektroner, som utgör det vi ser omkring oss. Baryonerna som man inte har redogjort för tros vara gömda i filamentstrukturer som genomsyrar hela universum, även känd som "det kosmiska nätet".

Men den här strukturen är svårfångad och hittills har vi bara sett glimtar av den. Nu en ny studie, publicerad i Science, erbjuder en bättre vy som gör att vi kan hjälpa till att kartlägga hur det ser ut.

Den kosmiska webben tillhandahåller byggnadsställningarna för den storskaliga strukturen i universum, förutspått av den "standardiserade kosmologiska modellen". Kosmologer tror att det finns ett mörkt kosmiskt nät, gjord av mörk materia, och ett lysande kosmiskt nät, gjord av mestadels vätgas. Faktiskt, man tror att 60 % av det väte som skapades under Big Bang finns i dessa filament.

Webben av gasfilament är också känd som det "varma-heta intergalaktiska mediet" (WHIM), eftersom det är ungefär lika varmt som solens inre. Galaxer kommer sannolikt att bildas i skärningspunkten mellan två eller flera sådana filament, där saken är tätast, med filamenten som förbinder alla galaxhopar i universum.

Än så länge, vi har inte kunnat upptäcka mörk materia. Detta beror på att det inte avger eller absorberar ljus så det kan inte observeras med vanliga teleskop. De kosmiska vävfilamenten är också mycket svåra att hitta eftersom de är mycket diffusa och de avger inte tillräckligt med ljus för att kunna detekteras.

Sedan den ursprungliga förutsägelsen, det har varit ett intensivt sökande efter det kosmiska nätet, med en mängd olika metoder.

En av dessa förlitar sig på ljusa föremål som råkar ligga i bakgrunden längs samma siktlinje som en gasfilament. Väteatomerna i filamenten kan absorbera ljus vid en specifik våglängd i ultraviolett ljus. Detta kan detekteras som absorptionslinjer i ljuset från bakgrundsobjektet, när den bryts ner i ett spektrum efter våglängd.

Denna metod har tillämpats med kvasarer, som är mycket ljusa massiva föremål på stora avstånd, och även med bakgrundsgalaxer.

Galaxer lyser upp nätet

Den nya studien har lyckats detektera gasen på ett helt nytt sätt som möjliggör tvådimensionell avbildning av det kosmiska nätet, snarare än att förlita sig på den slumpmässiga placeringen av en ljus källa bakom gasmolnet som används i absorptionsstudier.

Objektet de studerade, det slående namnet SSA22, är ett protokluster, vilket betyder att det är ett kluster av galaxer i sin linda. Det är mycket längre bort än tidigare uppmätta bitar av det kosmiska nätet – dess ljus reste omkring 12 miljarder år för att nå oss. Detta betyder att vi ser tillbaka i tiden till universums tidiga stadier, gör det möjligt för forskare att undersöka hur filamenten först sattes ihop.

Några år sedan, ett antal extremt ljusa, Stjärnbildande galaxer som kallas "submillimetergalaxer" upptäcktes nära dess centrum. Denna nya studie har hittat 16 sådana galaxer och åtta kraftfulla röntgenkällor, en sällsynt överdensitet av sådana föremål vid denna tidiga epok. Objekten ger en stor mängd joniserande strålning till all vätgas i filamenten, vilket gör att den avger ljus som vi kan upptäcka – en teknik som lovar mycket mer än absorption.

Ett annat mysterium som denna studie hjälper till att lösa är bildandet av sub-millimeter galaxer. Den mest överenskomna förklaringen är att de bildas som ett resultat av två normala galaxer som smälter samman, bildar därför en massiv galax med dubbelt så mycket ljus.

Dock, datorsimuleringar visar att dessa galaxer kan växa från den kalla gasen som strömmar in från det närliggande kosmiska nätet. Detta scenario bekräftas av denna nya studie.

Detaljerad karta

Den nya studien banar väg för en mer systematisk, tvådimensionell kartläggning av gasfilament som kan berätta om deras rörelser i rymden.

Framtida studier hjälper till att kartlägga den dolda kosmiska webben ytterligare. Förutom att titta på galaxhopar fulla av ljusa objekt, vi kan också spåra nätets emission i radio- eller röntgenvåglängder. Dock, röntgenstrålningen spårar mycket hetare gas än huvuddelen av WHIM. Det föreslagna röntgenobservatoriet Athena kommer att ge en fullständig bild av de heta glödtrådarna runt galaxhoparna i det närliggande universum.

Ett annat föreslaget uppdrag för bortom 2050 är att använda den kosmiska mikrovågsbakgrunden – ljuset som blev över från Big Bang – som ett "bakgrundsljus" och leta efter fina avtryck som det kosmiska nätet lämnar i den.

Alla dessa verktyg kommer att avslöja hela strukturen av det kosmiska nätet och förse oss med en definitiv folkräkning av materien i universum.

Vad mer, vi vet att baryoner bosätter sig i universums mörka materiefilament för att göra sina egna filament, som skum över en befintlig våg. Detta betyder att detaljerade kartor över gasfilamenten kan hjälpa oss att spåra den mer dolda mörka materiens struktur och, i sista hand, hjälp oss förstå dess mystiska natur.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.