Ontbrekende helft materie in heelal gevonden

Onderzoekers hebben voor het eerst de andere helft van de normale materie in het heelal waargenomen – bestaande uit protonen, neutronen en elektronen – die zich tijdens voorgaande waarnemingen van sterren, sterrenstelsels en andere heldere objecten in de ruimte verborgen hield.

filaments
Deze computersimulatie toont de structuur van het heelal op grote schaal. De gevonden baryonenslierten vormen de verbinding tussen sterrenstelsels. Beeld: Andrew Pontzen en Fabio Governato

De jacht op donkere materie is iedereen hoogstwaarschijnlijk wel bekend. Van deze mysterieuze substantie is het heelal doordrenkt, zo vermoeden astronomen, maar we kunnen het bestaan ervan alleen afleiden uit het effect dat het via de zwaartekracht uitoefent. Modellen van het heelal zeggen echter dat het heelal naast deze donkere materie ook twee keer zo veel ‘normale’ materie moet bevatten in vergelijking met wat we tot nu toe hebben waargenomen.

Twee teams hebben deze materie nu, apart van elkaar, gevonden. De gevonden deeltjes, baryonen geheten, verbinden sterrenstelsels aan elkaar in de vorm van slierten van heet, diffuus gas.

‘Het probleem van de ontbrekende baryonen is hiermee opgelost’, zegt Hideki Tanimura van het Institute of Space Astrophysics uit Frankrijk en leider van een van de groepen. Het andere team werd aangevoerd door Anna de Graaff van de universiteit van Edinburgh uit het Verenigd Koninkrijk.

Sunyaev-Zel’dovich-effect

Omdat het hete gas zo ijl is en net niet heet genoeg, kunnen röntgentelescopen het niet opvangen. Niemand heeft het daardoor nog kunnen zien. ‘Geen enkel instrument kan dit gas direct observeren’, zegt Richard Ellis van University College London. ‘Daardoor was het bestaan ervan tot nu toe pure speculatie.’

Dus moesten de twee groepen een andere manier vinden om onomstotelijk aan te tonen dat deze gasslierten echt bestaan.

Beide teams maakten gebruik van een fenomeen dat het ‘Sunyaev-Zel’dovich-effect’ heet. Dit effect treedt op wanneer licht dat is overgebleven van de oerknal door heet gas heen beweegt. Sommige elektronen in het gas raken verstrooid, wat een doffe plek in de kosmische achtergrondstraling achterlaat – de momentopname van de kosmos vlak na diens geboorte.

In 2015 is dit effect voor het gehele waarneembare heelal in kaart gebracht door de Planck-ruimtetelescoop. Omdat de gasslierten tussen sterrenstelsels echter zo diffuus zijn, zijn de resulterende doffe vlekken niet direct zichtbaar op de door Planck gemaakte kaart.

Stapelen

LEESTIP In dit boek vertelt de bekende sterrenkundejournalist Govert Schilling alles over de eerste meting van zwaartekrachtsgolven en de mensen die dat mogelijk maakten. Alleen bij ons van €24,95 voor €19,95. Bestel nu in onze webshop

Het team van Tanimura stapelde daarom de gegevens van 260.000 sterrenstelselparen op elkaar. De groep van De Graaff gebruikte zelfs meer dan een miljoen paren. Beide teams vonden onomstotelijk bewijs van de gasdraden tussen de sterrenstelsels.

Team Tanimura ontdekte dat de slierten een bijna drie keer zo hoge dichtheid hebben als de dichtheid die andere normale materie in het heelal doorgaans heeft. Groep De Graaff kwam uit op een zes keer zo hoge dichtheid – wat bevestigt dat het gas in deze gebieden dicht genoeg is om slierten te vormen.

‘Sommige van deze verschillen waren te verwachten’, zegt Tanimura. ‘Dat komt omdat we slierten hebben bekeken die op andere afstanden staan. Als je die factor meeneemt, zijn onze bevindingen erg consistent met die van de andere groep.’

Bevestiging

Het eindelijk vinden van de extra baryonen die al door decennia aan simulaties waren voorspeld, bevestigt een aantal veronderstellingen van astronomen over het heelal.

‘Iedereen wist min of meer dat de materie er moest zijn, maar dit is de eerste keer dat iemand – twee verschillende groepen zelfs – erachter is gekomen hoe je het kunt waarnemen’, zegt Ralph Kraft van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Massachusetts.

‘Dit geeft een behoorlijke indicatie dat veel van onze ideeën over hoe sterrenstelsels en andere structuren in het heelal vormen vrij aardig kloppen’, zegt hij.

Lees verder:

Plaats een reactie