Wissenschaftler haben endlich die „fehlende Materie“ des Universums GEFUNDEN: Schwer fassbare Substanz in 10 Millionen Grad heißem Filament entdeckt – ein jahrzehntelanges Rätsel ist gelöst
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Nach zehnjähriger Suche haben Wissenschaftler endlich die „fehlende Materie“ des Universums gefunden.
Damit unsere kosmologischen Modelle funktionieren, wissen die Wissenschaftler, dass es im Universum eine bestimmte Menge an Materie geben muss – die Substanz, aus der alles besteht, was wir sehen können.
Das Problem besteht darin, dass nur ein Drittel dieser Materie jemals gesehen wurde , während der Rest fehlt.
Nun sagen Experten der Europäischen Weltraumorganisation, sie hätten das Rätsel möglicherweise gelöst.
Sie glauben, dass die „fehlende“ Materie in einem riesigen Filament aus 10 Millionen Grad heißen Gasen liegt, das sich durch die Tiefen des Universums erstreckt.
Mit einer Länge von über 23 Millionen Lichtjahren enthält dieses kosmische Band zehnmal so viel Materie wie die Milchstraße.
Der riesige Faden verbindet vier Galaxienhaufen, von denen jeder Tausende einzelner Galaxien mit Milliarden von Sternen enthält.
„Es scheint, dass die ‚fehlende‘ Materie tatsächlich in schwer erkennbaren Fäden lauert, die sich durch das ganze Universum ziehen“, sagte Co-Autor Dr. Norbert Schartel, ein Projektwissenschaftler am XMM-Newton-Teleskop der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).
Wissenschaftler haben einen riesigen Faden aus 10 Millionen Grad heißem Gas entdeckt, der sich durch den Weltraum erstreckt. Darin könnte sich die verborgene Materie des Universums verbergen.
Das Filament erstreckt sich diagonal von der Erde weg und ist Teil des Shapley-Superhaufens – einer Ansammlung von 8.000 Galaxien, die eine der größten Strukturen im Universum darstellt.
Der Faden ist so lang, dass eine Reise entlang seiner Länge so wäre, als würde man die Milchstraße mehr als 230 Mal von einem Ende zum anderen durchqueren.
Wenn die Gase aufgrund der Schwerkraft nach innen kollabieren, setzen sie enorme Energiemengen frei, die dazu führen, dass das Gas extrem heiß wird.
Da das Gas jedoch so weit verteilt ist, geben Filamente nur ein sehr schwaches Licht ab, das sich kaum von dem Licht nahegelegener Galaxien und Schwarzer Löcher unterscheiden lässt.
Der leitende Forscher Dr. Konstantinos Migkas vom Leidener Observatorium in den Niederlanden sagte gegenüber MailOnline: „In diesem dünnen, diffusen, schwach emittierenden Gas gibt es viele supermassereiche Schwarze Löcher, die viel Röntgenstrahlung aussenden und so das Signal der Filamente und ihres Gases überlagern.“
„Es ist, als würde man versuchen, aus 100 Metern Entfernung ein Kerzenlicht neben 10 leuchtenden Taschenlampen zu sehen.“
Da es den Astronomen nicht gelingt, das vom Gas selbst ausgehende Licht zu isolieren, ist es ihnen nicht gelungen, den darin enthaltenen Anteil der verborgenen Masse des Universums zu berechnen.
In einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlicht wurde, ist dies Astronomen mithilfe von zwei leistungsstarken Röntgenteleskopen erstmals gelungen.
Das Gasfilament verläuft diagonal von der Erde weg und ist Teil des Shapley-Superhaufens, einer Ansammlung von über 8.000 Galaxien, die eine der größten Strukturen im Universum darstellt.
Mithilfe leistungsstarker Weltraumteleskope gelang es Astronomen, die Röntgenstrahlung des Gases von kontaminierenden Quellen wie supermassiven Schwarzen Löchern zu unterscheiden.
Um herauszufinden, wie sich das Universum entwickelt hat, haben Kosmologen Simulationen erstellt, sogenannte Modelle.
Diese Modelle waren bei der Vorhersage der Verteilung von Galaxien und anderen Strukturen äußerst erfolgreich.
Die Modelle zeigen den Wissenschaftlern auch, dass es im Universum eine bestimmte Menge normaler Materie geben sollte.
Allerdings wurden nur etwa 20 bis 30 Prozent der vorhergesagten Materie tatsächlich beobachtet.
Falls diese Materie tatsächlich existiert, könnte sie in Gasfilamenten verteilt sein, die dichte Galaxienhaufen miteinander verbinden.
Wenn nicht, deutet dies darauf hin, dass die besten Modelle der Wissenschaftler über das Universum letztlich doch falsch sind.
Die Forscher kombinierten Beobachtungen der Röntgen-Weltraumteleskope XMM-Newton der ESA und Suzaku der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA).
Während Suzaku die schwache Röntgenstrahlung von Gas über ein großes Gebiet kartierte, konnte XMM-Newton Quellen kontaminierender Röntgenstrahlung wie supermassereiche Schwarze Löcher genau lokalisieren.
Co-Autor Dr. Florian Pacaud von der Universität Bonn sagt: „Dank XMM-Newton konnten wir diese kosmischen Verunreinigungen identifizieren und entfernen, sodass wir wussten, dass wir das Gas im Filament und nichts anderes vor uns hatten.“
Dadurch konnten Wissenschaftler erstmals die Eigenschaften eines kosmischen Filaments bestimmen.
Das Spannende für die Wissenschaftler ist, dass diese Beobachtungen bestätigen, dass ihre Modelle des Universums von Anfang an richtig waren.
Dr. Migkas sagt: „Aus kosmologischen, großräumigen Struktursimulationen, die dem Universum ähneln, geht hervor, dass sich diese noch fehlende Materie in diesen Gasketten und Galaxien befinden sollte und dass diese Materie auch eine bestimmte Temperatur und Dichte haben sollte.“
„In unserer Studie bestätigen wir zum ersten Mal eindeutig, dass es tatsächlich kosmische Filamente mit genau der richtigen Dichte und Temperatur des Gases gibt, wie es unser aktuelles kosmologisches Modell vorhersagt.“
Dies ist ein sehr guter Hinweis darauf, dass die großräumige Struktur des lokalen Universums tatsächlich so aussieht, wie es die Vorhersagen der Wissenschaftler nahelegen.
Zum ersten Mal ist es Wissenschaftlern gelungen, die Eigenschaften eines der Fäden des kosmischen Netzes zu entschlüsseln. Kosmologen vermuten, dass sich hier die von ihren Modellen vorhergesagte Masse verbergen könnte.
Diese Erkenntnisse enthüllen nicht nur einen bisher unbekannten Materiefaden, der sich durch das Universum zieht, sondern zeigen auch, dass Galaxienhaufen über riesige Entfernungen hinweg miteinander verbunden sind.
Das bedeutet, dass einige der dichtesten und extremsten Strukturen im Universum Teil eines riesigen „kosmischen Netzes“ sein könnten.
Dabei handelt es sich um ein unsichtbares Spinnennetz aus Fäden, das möglicherweise die Struktur von allem bildet, was wir um uns herum sehen.
Jetzt sind wir dem Verständnis, wie dieses Netzwerk zusammenpasst, einen Schritt näher gekommen.
„Gewöhnliche“ Materie, aus der alles besteht, was wir sehen können, macht nur fünf Prozent des bekannten Universums aus. Der Rest besteht aus der sogenannten „dunklen Materie“.
Jahrzehntelang war mindestens die Hälfte dieser regulären Materie unentdeckt geblieben, doch in den letzten Jahren gelang es Wissenschaftlern, erstmals direkt ein „kosmisches Netz“ aus Filamenten zu beobachten, das sich zwischen Galaxien erstreckt.
Diese Filamente bestehen aus Gas mit Temperaturen zwischen 100.000 °C (180.032 °F) und 10 Millionen °C (50 Millionen °F) und die Experten glauben, dass diese Strukturen für die „fehlende“ gewöhnliche Materie verantwortlich sein könnten.
Studien gehen davon aus, dass rund 95 Prozent des Universums aus einer Mischung aus „dunkler Materie“ und „dunkler Energie“ bestehen, die sich nur durch ihre Gravitationskraft bemerkbar macht, aber noch nie direkt beobachtet wurde.
Weniger bekannt ist allerdings, dass auch rund die Hälfte der regulären Materie fehlt.
Im Jahr 2015 behauptete ein Team unter der Leitung des Wissenschaftlers Dominique Eckert von der Universität Genf, dass diese „fehlenden Baryonen“ – subatomare Teilchen, die aus drei Quarks bestehen – aufgrund ihrer Röntgensignatur in einem massereichen Galaxienhaufen namens Abell 2744 entdeckt wurden.
Mithilfe des Weltraumteleskops XMM-Newton entdeckten die Forscher Materie, die in einem Netzwerk aus Knoten und Verbindungen konzentriert ist, die durch riesige Filamente miteinander verbunden sind, dem sogenannten „kosmischen Netz“.
Groß angelegte Galaxiendurchmusterungen haben gezeigt, dass die Verteilung der gewöhnlichen Materie im Universum nicht homogen ist.
Stattdessen konzentriert sich die Materie unter der Einwirkung der Schwerkraft in sogenannten filamentartigen Strukturen und bildet ein Netzwerk aus Knoten und Verbindungen, das als „kosmisches Netz“ bezeichnet wird.
Die Regionen mit der höchsten Gravitationskraft kollabieren und bilden die Knoten des Netzwerks, wie beispielsweise Abell 2744.
Um ihre Entdeckung zu machen, konzentrierten sich die Forscher auf Abell 2744 – einen massereichen Galaxienhaufen mit einer komplexen Verteilung dunkler und leuchtender Materie in seinem Zentrum.
Vergleichbar mit neuronalen Netzwerken sind diese Knoten dann durch Filamente miteinander verbunden, an denen die Forscher das Vorhandensein von Gas und damit die fehlende gewöhnliche Materie identifizierten, aus der das Universum vermutlich besteht.
Daily Mail
