Uns fehlen Sachen. Viel davon.
Kosmologen wissen das seit Jahren. Die Mathematik besagt, dass es da draußen mehr gewöhnliche Materie geben sollte. Die Art, die Sterne macht. Planeten. Du. Aber wenn wir Galaxien betrachten, stimmen die Zahlen nicht. Wir sehen nur etwa ein Zehntel dessen, was das Urknallmodell vorhersagt.
Jahrzehntelang war die Annahme einfach. Der Rest der Sache? Es versteckt sich. Vermutlich in den leeren Hohlräumen zwischen Galaxien schwebend. Dünn verteilen. Unsichtbar. Fast nicht nachweisbar.
Bisher.
Eine neue Studie dreht das Drehbuch zu fehlenden Orten galaktischer Materie um. Forscher des MIT und der CHIME/FRB-Kollaboration haben es endlich gefunden. Und es stellte sich heraus, dass die Reise dorthin gewalttätig war.
Wie schnell Radiostöße unsichtbare Materie kartieren
Der Trick waren nicht bessere Teleskope. Es war besserer Lärm.
Das Team verwendete Fast Radio Bursts (FRBs). Entdeckt im Jahr 2007. Dabei handelt es sich um Millisekundenblitze von Radiowellen. Unglaublich hell. Sie kommen aus einer Entfernung von Milliarden Lichtjahren. Auf ihrem Weg zur Erde passieren sie intergalaktisches Gas. Die Sache verwischt das Signal. Dehnt es mit der Zeit aus.
Stellen Sie es sich wie eine kosmische Röntgenaufnahme vor.
„Sie beginnen als sehr schneller Blitz“, erklärt Haochen Wang, ein Doktorand am Kavli-Institut des MIT. „Während sie die Materie passieren, verschmieren sie. Wir messen diese Verschmierung genau.“
Das Verschmieren ist direkt proportional zur Menge der im Weg befindlichen Materie. Mehr Verschmieren bedeutet mehr Masse.
Um genau zu bestimmen, wo sich diese Materie befindet, kombinierte das Team Daten aus zwei umfangreichen Quellen. Das kanadische Experiment zur Kartierung der Wasserstoffintensität. Das Instrument zur Spektroskopie der dunklen Energie. Sie korrelierten Tausende von FRB-Signalen mit Millionen von Galaxienpositionen.
Wurde das Signal in einer Galaxie verwischt? Oder zwischen ihnen?
Die Antwort veränderte alles.
Warum Schwarze Löcher heftiger sind, als wir dachten
Die fehlende Materie befindet sich tatsächlich zwischen Galaxien. Aber nicht dort, wo wir es erwartet hatten.
Simulationen sagten voraus, dass das Gas relativ nahe sein würde. Ein paar hunderttausend Lichtjahre vom Zentrum einer Galaxie entfernt. Vielleicht bis zu einer Million.
Die neuen Daten zeigen Wolken, die sich über 4 Millionen Lichtjahre erstrecken.
Das ist weit. Sehr weit.
Wenn man einen Ball sanft tritt, rollt er. Wenn Sie es in die Umlaufbahn bringen, benötigen Sie erhebliche Kraft. Diese Angelegenheit wurde nicht nur vorangetrieben. Es wurde geschleudert.
Kiyoshi Masui, ein Physikprofessor am MIT, brachte es auf den Punkt. Sternaktivität und Jets von Schwarzen Löchern seien „viel heftiger als vorhergesagt“.
Die Implikationen sind scharf.
- Jets von Schwarzen Löchern schlagen härter zu.
- Supernova-Explosionen schleudern Material weiter.
- Galaxien blasen Materie mit einer Geschwindigkeit in den Weltraum, die aktuellen Simulationen widerspricht.
Das Universum ist energiereicher, als unsere Modelle zulassen.
Welche Methode löst endlich das Rätsel um die gewöhnliche Materie?
Dabei geht es nicht nur darum, fehlende Teile zu finden. Es geht um die Methode.
Der Einsatz von FRBs als Sonden für fehlende galaktische Materie ist der Durchbruch. Zuvor war das Gas zu dünn, um es erkennen zu können. Der Verschmierungseffekt liefert nun eine klare Messgröße.
Die in Physical Review Letters veröffentlichten Ergebnisse bestätigen zwei Dinge.
- Die gewöhnliche Materie existiert. Es ist nicht weg. Es ist einfach verschoben.
- Die Mechanismen, die es verdrängen, sind stärker, als die Physik derzeit berücksichtigt.
Siebzehn Prozent des Universums sollten aus gewöhnlicher Materie bestehen. Innerhalb der Galaxiengrenzen haben wir nur einen Bruchteil davon verursacht. Der Rest ist da draußen. Im tiefen Dunkel. Mitgerissen von Kräften, die wir erst jetzt zu messen beginnen.
CHIME sammelt weiterhin Daten. Es werden weitere FRBs gefunden. Die Karte wird klarer.
Aber die Frage bleibt. Wenn Galaxien so viel Energie und Materie abgeben, welche Auswirkung hat das auf die Struktur des kosmischen Netzes?
Möglicherweise müssen wir die Regeln der galaktischen Evolution neu schreiben. Wieder.
