Cum să faci rețeaua cosmică să renunțe la materia pe care o ascunde

Se adună dovezi că o mare parte din materia lipsă a universului pândește de-a lungul șuvițelor unei vaste rețele cosmice.

O pereche de lucrări raportează unele dintre cele mai bune semne de gaz fierbinte de până acum în spațiile dintre grupurile de galaxii, posibil suficient pentru a reprezenta jumătate din întreaga materie obișnuită nerecunoscută anterior. Studiile anterioare au sugerat această chestiune lipsă, dar o nouă tehnică de căutare ajută la completarea golurilor din recensământul cosmic, unde alte eforturi nu au rămas. Lucrările au fost publicate online pe arXiv.org pe 15 și 29 septembrie.

Două echipe independente au stivuit imagini cu sute de mii de galaxii una peste alta pentru a dezvălui filamente difuze de gaz care conectează perechi de galaxii de-a lungul a milioane de ani-lumină. Măsurarea modului în care gazul a distorsionat lumina de fundal a universului a permis cercetătorilor să determine masa materiei obișnuite, sau barionii, pe care o deține – protonii și neutronii care formează atomii.

„Este o problemă foarte importantă”, spune Dominique Eckert de la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră din Garching, Germania, care a căutat materia lipsă prin razele X emise de firele individuale. „Dacă vrei să înțelegi cum se formează galaxiile și cum se formează totul într-o galaxie, trebuie să înțelegi evoluția conținutului de barion.” Asta începe cu a ști unde este.

Aproximativ 85% din materia din univers este chestii misterioase, invizibile, numite materie întunecată, pe care fizicienii nu le-au găsit încă (SN Online: 9/6/17). În mod ciudat, aproximativ jumătate din materia obișnuită este, de asemenea, nesocotită. Când astronomii privesc în jur la galaxiile în cele mai apropiate miliarde de ani lumină, ei găsesc doar aproximativ jumătate din barionii care ar fi trebuit să fie produși în Big Bang.

Restul se ascunde probabil în filamente lungi de gaz care conectează grupuri de galaxii într-o vastă rețea cosmică (SN: 3/8/14, str. 8). Încercările anterioare de a găsi barionii concentrați pe razele X emise de gazul din filamente (SN Online: 8/4/15) sau la lumina quasarelor îndepărtate care se filtrează prin aceste fire de păianjen (SN: 13.5.00, str. 310). Dar acele eforturi au fost fie neconcludente, fie au fost sensibile la o gamă atât de restrânsă de temperaturi ale gazului, încât au ratat o mare parte din chestiune.

Acum ar putea exista o modalitate de a găsi restul. Două grupuri – cosmologul Hideki Tanimura, care a făcut munca în timp ce era la Universitatea British Columbia din Vancouver, și colegii săi, și Anna de Graaff de la Universitatea din Edinburgh și colegii ei – au căutat materia lipsă într-un mod nou. Ambele echipe au găsit o modalitate de a privi prin gaz până la cea mai veche lumină din univers.

„Gazul filamentar este foarte greu de detectat, dar acum avem o tehnică pentru a-l detecta”, spune Tanimura, acum la Institutul de Astrofizică Spațială din Orsay, Franța.

Acea lumină străveche, numită fundalul cosmic cu microunde, a fost emisă la 380.000 de ani după Big Bang. Când această lumină trece prin norii de electroni din spațiu – cum ar fi cei găsiți în filamentele de gaz fierbinte – este deviată și distorsionată într-un mod specific. Satelitul Planck a lansat o hartă a întregului cer a acestor distorsiuni în 2015 (SN: 21.3.15, str. 7).

Tanimura și de Graaff s-au gândit separat că ar exista mai multă distorsiune de-a lungul filamentelor decât în ​​spațiul gol. Pentru a localiza filamentele, ambele echipe au ales perechi de galaxii din catalogul Sloan Digital Sky Survey, aflate la cel puțin 20 de milioane de ani lumină una de cealaltă. Echipa lui De Graaff a ales aproximativ un milion de perechi, iar echipa lui Tanimura a ales 262.864 de perechi. Ambele echipe au presupus că galaxiile nu fac parte din același cluster, dar că ar trebui să fie conectate printr-un filament.

Filamentele erau încă prea slabe pentru a fi văzute individual, așa că echipele au folosit software pentru a stratifica toate imaginile și au scăzut distorsiunea de la electronii din galaxii pentru a vedea ce a mai rămas. Ambii au văzut o distorsiune reziduală în fundalul cosmic cu microunde, pe care o atribuie filamentelor.

Apoi, echipa lui de Graaff a calculat că acele filamente reprezintă 30% din conținutul total de barion al universului. Aceasta este cu siguranță o subestimare, deoarece nu au examinat fiecare filament din univers, scrie echipa – restul materiei lipsă este probabil și acolo.

„Ambele grupuri de aici au făcut primul pas evident”, spune Michael Shull de la Universitatea din Colorado Boulder, care nu a fost implicat în noile studii. „Cred că sunt pe drumul cel bun.” Dar își face griji că gazul pe care îl văd ar fi putut fi ejectat din galaxii la viteze mari și, deci, nu este deloc materia lipsă.

De asemenea, Eckert se îngrijorează că gazul poate aparține mai mult galaxiilor decât legăturilor lor intergalactice. Observațiile viitoare ale compoziției gazului, precum și observațiile cu raze X mai sensibile, ar putea ajuta la rezolvarea acestei părți a puzzle-ului.