Kosmologie: Vermisste Materie gefunden – Spektrum der Wissenschaft

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Gestapelte Galaxienpaare | Streuung der kosmischen Hintergrundstrahlung an heißem Galaxiengas (Sunyaev-Zel’dovich-Effekt; von Lila nach Gelb nimmt der Effekt zu): (a) für sämtliches Gas innerhalb von einer Million Galaxienpaaren; (b) nur für die umgebende Materie in Galaxien (in den so genannten Halos); (c) Unterschied zwischen Modell und Beobachtung.

Quasar als Leuchtturm

Während die ersten beiden Forscherteams die Signale aufeinanderstapelten, verfolgte ein drittes Team einen anderen Ansatz. Es beobachtete einen fernen Quasar – ein helles Leuchtfeuer, das einige Milliarden Lichtjahre entfernt ist – und nutzte ihn, um Gas in den scheinbar leeren, intergalaktischen Räumen zu detektieren, durch die das Quasar-Licht reiste. Es war, als würde man den Strahl eines fernen Leuchtturms benutzen, um den Nebel um ihn herum zu studieren.

Wenn Astronomen dies tun, versuchen sie normalerweise, nach Licht zu suchen, das von atomarem Wasserstoff absorbiert wurde, da er das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist. Leider war diese Option nicht verfügbar. Das heiße ionisierte intergalaktische Medium ist so heiß, dass es Wasserstoff ionisiert und sein einzelnes Elektron entfernt. Das Ergebnis ist ein Plasma aus freien Protonen und Elektronen, die kein Licht absorbieren.

Also entschied sich die Gruppe, nach einem anderen Element zu suchen: Sauerstoff. Während es im Raum zwischen den Galaxien nicht annähernd so viel Sauerstoff gibt wie Wasserstoff, hat atomarer Sauerstoff acht Elektronen – viel mehr als Wasserstoff. Die Wärme des heißen intergalaktischen Mediums entfernt die meisten dieser Elektronen, aber nicht alle. Das Team unter der Leitung von Fabrizio Nicastro vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom verfolgte das Licht, das vom Sauerstoff absorbiert wurde, der alle bis auf zwei seiner Elektronen verloren hatte.

Sie fanden zwei »Taschen« mit heißem, intergalaktischem Gas. Mit dem Sauerstoff »spürt man das viel größere Reservoir an Wasserstoff- und Heliumgas auf«, sagt Shull, der zu Nicastros Team gehört. Die Forscher extrapolierten dann die Gasmenge, die sie zwischen der Erde und diesem speziellen Quasar fanden, auf das Universum als Ganzes. Das Ergebnis deutete darauf hin, dass sie die fehlenden 30 Prozent gefunden hatten.

Die Zahl stimmt auch gut mit den Ergebnissen der CMB-Untersuchungen überein. »Die Gruppen betrachten verschiedene Teile des gleichen Puzzles und kommen zur gleichen Antwort, was angesichts der Unterschiede in ihren Methoden beruhigend ist«, sagt Mike Boylan-Kolchin, ein Astronom an der University of Texas, Austin.

Der nächste Schritt, so Shull, ist die Beobachtung von mehr Quasaren mit Röntgen- und Ultraviolett-Teleskopen der nächsten Generation mit höherer Empfindlichkeit. »Der Quasar, den wir beobachteten, war der beste und hellste Leuchtturm, den wir finden konnten. Andere werden schwächer sein, und die Beobachtungen werden länger dauern«, sagt er. Aber im Moment ist die Sache klar. »Wir kommen zu dem Schluss, dass die vermissten Baryonen gefunden wurden«, schreibt das Team.



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