We missen spullen. Veel ervan.
Kosmologen weten dit al jaren. De wiskunde zegt dat er meer gewone materie zou moeten zijn. Het soort dat sterren maakt. Planeten. Jij. Maar als we naar sterrenstelsels kijken, kloppen de cijfers niet. We zien slechts ongeveer een tiende van wat het Big Bang-model voorspelt.
Decennia lang was de veronderstelling eenvoudig. De rest van de zaak? Het verbergt zich. Waarschijnlijk zwevend in de lege ruimtes tussen sterrenstelsels. Dun verspreid. Onzichtbaar. Bijna niet waarneembaar.
Tot nu toe.
Een nieuwe studie draait het script om over ontbrekende locaties van galactische materie. Onderzoekers van MIT en de CHIME/FRB-samenwerking hebben het eindelijk gevonden. En het blijkt dat de reis daarheen gewelddadig was.
Hoe snel radioflitsen onzichtbare materie in kaart brengen
De truc was niet betere telescopen. Het was beter lawaai.
Het team gebruikte Fast Radio Bursts (FRB’s). Ontdekt in 2007. Dit zijn millisecondenflitsen van radiogolven. Ongelooflijk helder. Ze komen van miljarden lichtjaren verwijderd. Terwijl ze naar de aarde reizen, passeren ze intergalactisch gas. De kwestie verstoort het signaal. Rekt het uit in de tijd.
Zie het als een kosmische röntgenfoto.
“Ze beginnen als een heel snelle flits”, legt Haochen Wang uit, een afgestudeerd onderzoeker aan het Kavli Instituut van MIT. “Terwijl ze door de materie gaan, smeren ze uit. We meten die uitsmering nauwkeurig.”
De versmering is recht evenredig met de hoeveelheid materie die in de weg zit. Meer versmering betekent meer massa.
Om precies vast te stellen waar die materie zich bevindt, combineerde het team gegevens uit twee enorme bronnen. Het Canadese experiment voor het in kaart brengen van de waterstofintensiteit. Het spectroscopische instrument voor donkere energie. Ze correleerden duizenden FRB-signalen met miljoenen posities in sterrenstelsels.
Is het signaal in een sterrenstelsel uitgesmeerd? Of tussen hen?
Het antwoord veranderde alles.
Waarom zwarte gaten gewelddadiger zijn dan we dachten
De ontbrekende materie bevindt zich inderdaad tussen sterrenstelsels. Maar niet waar we verwacht hadden.
Simulaties voorspelden dat het gas relatief dichtbij zou zitten. Een paar honderdduizend lichtjaar verwijderd van het centrum van een sterrenstelsel. Misschien wel tot een miljoen.
De nieuwe gegevens laten zien dat wolken zich uitstrekken tot 4 miljoen lichtjaar.
Dat is ver. Heel ver.
Als je zachtjes tegen een bal trapt, rolt hij. Als je hem in een baan om de aarde brengt, heb je serieuze kracht nodig. Deze kwestie werd niet zomaar gepusht. Het werd geslingerd.
Kiyoshi Masui, hoogleraar natuurkunde aan het MIT, zei het botweg. Steractiviteit en jets van zwarte gaten zijn ‘veel gewelddadiger dan voorspeld’.
De gevolgen zijn scherp.
- Zwart gat jets slaan harder.
- Supernova-explosies werpen materiaal verder weg.
- Sterrenstelsels blazen materie de ruimte in met een snelheid die de huidige simulaties tart.
Het universum is energieker dan onze modellen toestaan.
Welke methode lost uiteindelijk het mysterie van de gewone materie op
Dit gaat niet alleen over het vinden van ontbrekende stukken. Het gaat om de methode.
Het gebruik van FRB’s als sondes voor ontbrekende galactische materie is de doorbraak. Voordien was het gas te dun om te detecteren. Het uitsmeereffect biedt nu een duidelijke maatstaf.
De resultaten, gepubliceerd in Physical Review Letters, bevestigen twee dingen.
- De gewone zaak bestaat. Het is niet weg. Het is gewoon verplaatst.
- De mechanismen die dit verdringen zijn sterker dan de natuurkunde momenteel voorschrijft.
Zeventien procent van het heelal zou uit gewone materie moeten bestaan. We hebben slechts een fractie daarvan voor onze rekening genomen binnen de grenzen van sterrenstelsels. De rest is daarbuiten. In het diepe donker. Weggevaagd door krachten die we nu pas beginnen te meten.
CHIME verzamelt nog steeds gegevens. Er worden meer FRB’s gevonden. De kaart wordt steeds duidelijker.
Maar de vraag blijft. Als sterrenstelsels zoveel energie en materie lekken, wat doet dat dan met de structuur van het kosmische web?
Mogelijk moeten we de regels van de galactische evolutie herschrijven. Opnieuw.
