På 1960-talet började astronomer märka att universum tycktes sakna någon massa. Mellan pågående observationer av kosmos och teorin om allmän relativitet, bestämde de att en stor del av massan i universum måste vara osynlig. Men även efter införandet av denna "mörka materia" kunde astronomer fortfarande bara stå för cirka två tredjedelar av allt synligt (aka. Baryonic) ämne.
Detta gav upphov till vad astrofysiker kallade ”saknade baryonproblem”. Men äntligen har forskare funnit vad som mycket väl kan vara den sista saknade normala saken i universum. Enligt en nyligen genomförd studie av ett team av internationella forskare består denna saknade materia av filament av mycket joniserad syrgas som ligger i utrymmet mellan galaxerna.
Studien, med titeln "Observationer av de saknade baryonerna i det varma, heta intergalaktiska mediet", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Natur. Studien leddes av Fabrizio Nicastro, en forskare från Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) i Rom, och inkluderade medlemmar från SRON Nederländernas institut för rymdforskning, Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Instituto de Astronomia Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP-UNLP) och flera universitet.
För studiens skull konsulterade teamet data från en serie instrument för att undersöka utrymmet nära en kvasar kallad 1ES 1553. Kvasarer är extremt massiva galaxer med Active Galactic Nuclei (AGN) som avger enorma mängder energi. Denna energi är resultatet av att gas och damm samlas på supermassiva svarta hål (SMBH) i mitten av deras galaxer, vilket resulterar i att svarta hål avger strålning och strålar av överhettade partiklar.
Tidigare trodde forskare att av det normala ämnet i universum var cirka 10% bundna i galaxer medan 60% fanns i diffusa gasmoln som fyller de stora utrymmena mellan galaxerna. Detta lämnade dock fortfarande 30% av normal materia utan redovisning. Denna studie, som var kulminationen på en 20-årig sökning, försökte bestämma om de sista baryonerna också kunde hittas i intergalaktiska rymden.
Denna teori föreslogs av Charles Danforth, en forskningsassistent vid CU Boulder och en medförfattare till denna studie, i ett papper från 2012 som dök upp i The Astrophysical Journal - med titeln "The Baryon Census in a Multiphase Intergalactic Medium: 30% of the Baryons May Still Missing". I den föreslog Danforth att de saknade baryonerna troligen kunde hittas i det varma heta intergalaktiska mediet (WHIM), ett webbliknande mönster i rymden som finns mellan galaxer.
Som Michael Shull - professor i astrofysiska och planetariska vetenskaper vid University of Colorado Boulder och en av medförfattarna till studien - tyckte att denna vilda terräng verkade vara den perfekta platsen att titta på. ”Det är där naturen har blivit mycket pervers. ," han sa. "Detta intergalaktiska medium innehåller gasfilament vid temperaturer från några tusen grader till några miljoner grader."
För att testa denna teori använde teamet data från Cosmic Origins Spectrograph (COS) på Hubble Space Telescope för att undersöka WHIM nära kvasaren 1ES 1553. De använde sedan European Space Agency (ESA) X-ray Multi-Mirror Mission ( XMM-Newton) för att titta närmare efter tecken på baryonerna, som uppträdde i form av mycket joniserade syregasstrålar uppvärmda till temperaturer på cirka 1 miljon ° C (1,8 miljoner ° F).
Först använde forskarna COS på Hubble Space Telescope för att få en uppfattning om var de kan hitta de saknade baryonerna i WHIM. Därefter kom de in på de baryonerna med XMM-Newton-satelliten. Vid de tätheter som de registrerade, drog teamet slutsatsen att när den extrapolerades till hela universumet kunde denna superjoniserade syregas stå för de sista 30% av vanlig materia.
Som prof. Shull antydde, löser dessa resultat inte bara mysteriet för de saknade baryonerna utan kan också belysa hur universum började. "Detta är en av de viktigaste pelarna för att testa Big Bang-teorin: ta reda på baryonräkningen för väte och helium och allt annat i det periodiska systemet," sade han.
Framöver visade Shull att forskarna hoppas kunna bekräfta sina resultat genom att studera mer ljusa kvasarer. Shull och Danforth kommer också att utforska hur syre gasen kom till dessa regioner i intergalaktiska rymden, även om de misstänker att det blåstes där under miljarder år från galaxer och kvasarer. Under tiden är hur det "saknade ämnet" blev en del av WHIM fortfarande en öppen fråga. Som Danforth frågade:
”Hur kommer det från stjärnorna och galaxerna hela vägen hit in i intergalaktiskt rymd? Det finns en sorts ekologi mellan de två regionerna, och detaljerna i det är dåligt förstått. ”
Förutsatt att dessa resultat är korrekta, kan forskare nu gå vidare med modeller av kosmologi där alla nödvändiga "normala ämnen" redovisas, vilket kommer att sätta oss ett steg närmare förstå hur universum bildades och utvecklades. Om vi bara kunde hitta den svårfångade mörka materien och mörk energi, skulle vi ha en fullständig bild av universum! Ah, ett mysterium i taget ...
