Astronomer som använder en kraftfull kvasar för att studera en enorm osynlig ranka full av överhettad gas säger att de äntligen kan ha upptäckt universums "saknade" detekterbara materia.

Resultaten, publiceras i tidskriften Natur , lösa ett decennier gammalt mysterium och kan hjälpa forskare att ytterligare undersöka strukturen och evolutionen av kosmos.

Alla atomer i stjärnorna, Galaxer och planeter som existerar utgör ungefär 5 procent av kosmos massa-energitäthet. Den överväldigande majoriteten, cirka 70 procent, består av mörk energi – en mystisk, frånstötande kraft som får universum att expandera snabbare och snabbare. Den återstående fjärdedelen eller så består av mörk materia - osynlig, orörliga saker vars närvaro bara kan kännas av dess gravitationsinflytande på galaktiska skalor. Mörk materia förbinder galaxhopar med massiva rankor, bildar ett kosmiskt nät som fungerar som ett osynligt skelett för universum.

Forskare har uppskattat dessa andelar till stor del med två olika metoder, sade studiens medförfattare J. Michael Shull, en astrofysiker vid University of Colorado, Flyttblock. Många år sedan, forskare beräknade ungefär hur mycket materia som skulle ha bildats i kölvattnet av "big bang" som födde universum. Astronomer har också studerat den kosmiska mikrovågsbakgrunden - det äldsta ljuset i universum, som genomsyrar hela himlen – och hittade ungefär samma proportioner av normal materia, mörk materia och mörk energi.

Den där lilla biten av normal materia som vi direkt kan upptäcka, som forskare kallar baryonisk materia, är den mest kända kvantiteten av de tre:den avger ljus (som solen) eller reflekterar det (som månen), gör det synligt för oss eller kan upptäckas med teleskop. Och ändå presenterar den också sitt eget mysterium, för i årtionden, forskare har inte lyckats hitta allt.

"För mer än 20 år sedan noterade folk att om du adderade allt stjärnljus och all massa i galaxer som följer med det stjärnljuset, du får bara cirka 10 procent av dessa 5 procent av vanlig materia, ", sa Shull. "Så det fanns ett problem med "saknad ärende" som gick tillbaka över 20 år:var är gasen, var är baryonerna, som inte är kollapsade till stjärnor och galaxer?"

"Det var därför vi oroade oss för det, ", tillade han. "Det går verkligen till hjärtat av viktiga förutsägelser inom kosmologi om big bang."

Forskare har långsamt tagit bort det gapet genom att till folkräkningen lägga till allt det heta, diffus gas i galaxernas enorma glorier och ännu större galaxhopar. Men de undrade om ännu mer av den saknade materien faktiskt kunde vara suspenderad i de enorma filamenten av mörk materia som utgör det kosmiska nätet.

Här är problemet med att hitta den saknade materia:Den skulle mestadels vara gjord av väte, det enklaste grundämnet och det överlägset vanligaste i universum. När väteatomer joniseras, de kan bli osynliga för optiska våglängder, gör dem mycket svåra att upptäcka.

Lyckligtvis, om ett moln av joniserat väte sitter mellan jorden och en källa till ultraviolett ljus, att väte kommer att absorbera vissa våglängder, lämnar ett distinkt kemiskt fingeravtryck som astronomer kan upptäcka när det når deras teleskop. Shull och kollegor har ytterligare lagt till folkräkningen genom att hitta denna joniserade gas.

Problemet är att när gasen blir varmare och varmare - säg, över en miljon grader Kelvin—joniserat väte slutar lämna en tydlig signal i ultraviolett ljus. Så för den här artikeln riktade forskarna sig också mot mycket sällsynta syrejoner, och sökte efter deras fingeravtryck i röntgenstrålar, som är ljusets våglängder med mycket högre energi.

Forskarna använde Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton röntgenrymdteleskop för att studera kvasaren BL Lacertae 1ES 1553+113, en aktiv, supermassiva svarta hål i mitten av en galax. Kvasarer slukar materia och lyser starkt i många våglängder av ljus, från radiovågor till röntgenstrålar. Dessa himmelska fyrar kan i princip belysa materialet som korsar strålens väg, precis som en ficklampa lyser upp osynliga dammfläckar i luften.

Studerar det kemiska fingeravtrycket av syre i röntgenstrålningen från kvasarljuset, forskarna hittade en stor mängd extremt het intergalaktisk gas – så mycket att de beräknar att denna gas kan stå för upp till 40 procent av den baryoniska materien i kosmos, vilket skulle kunna räcka för att förklara den saknade saken.

Forskarna tror att dessa joner kan ha börjat i hjärtat av stjärnor som blev supernova, och kastades ut ur sina hemgalaxer av dessa explosiva stjärndödsfall. De kan ha överhettats av stötar. Atomer behöver interagera med varandra för att utstråla energi, och eftersom de enskilda atomerna i denna glesa gas var så långt ifrån varandra, oförmögna att röra varandra, de förblev extremt varma.

Taotao Fang från Jiujiang Research Institute i Kina, som inte var involverad i studien, pekade på några möjliga alternativa förklaringar, inklusive att den joniserade gassignalen kan ha kommit inifrån en galax snarare än från intergalaktisk gas inbäddad i en mörk materia-filament.

Fortfarande, Fang skrev i en kommentar, fynden "ger en lockande glimt av var de svårfångade försvunna baryonerna har gömt sig."

Nästa steg, Shull sa, är att upprepa dessa observationer med andra kvasarer, för att se om andelen baryonisk materia som de hittade håller i andra delar av himlen.

©2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.