Kosmische Filamente: Neue Erkenntnisse über das Universum

LEIDEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Beobachtungen haben die Theorie gestärkt, dass heiße, diffuse Gasfäden, sogenannte kosmische Filamente, Galaxienhaufen im Universum verbinden. Diese Strukturen könnten einen großen Teil der normalen Materie des Universums beherbergen.

Die jüngsten Entdeckungen von Konstantinos Migkas und seinem Team an der Universität Leiden liefern neue Beweise dafür, dass kosmische Filamente eine entscheidende Rolle im Universum spielen. Diese heißen, diffusen Gasfäden könnten die fehlende baryonische Materie beherbergen, die bisher in der kosmologischen Forschung ein Rätsel darstellte. Baryonische Materie, die etwa 5% des Massen-Energie-Gehalts des Universums ausmacht, ist die uns bekannte Materie, aus der Atome und Moleküle bestehen.

Obwohl die Wissenschaftler wissen, was baryonische Materie ist, bleibt unklar, wo sie im Universum verteilt ist. Die Kombination des Standardmodells der Kosmologie mit den strengen Einschränkungen der Beobachtungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung zeigt, dass etwa 60% der baryonischen Materie in Strukturen wie Sternen, Schwarzen Löchern und Gaswolken enthalten sind. Dies lässt 40% der baryonischen Materie unberücksichtigt.

Frühere kosmologische Modelle deuteten darauf hin, dass diese Diskrepanz auf einen grundlegenden Fehler im Standardmodell hinweisen könnte. Doch zunehmend deutet die Evidenz darauf hin, dass diese Materie in riesigen, schwer fassbaren Strukturen verborgen ist, die tief im intergalaktischen Raum liegen. Diese Strukturen, bekannt als das ‘warm-heiße intergalaktische Medium’ (WHIM), könnten die fehlenden Baryonen enthalten.

Groß angelegte Simulationen der Struktur des Universums legen nahe, dass dieses Material in langen Gassträngen, den kosmischen Filamenten, zu finden sein sollte, die Galaxienhaufen verbinden. Trotz ihrer extremen Dichtearmut sollten diese Filamente aufgrund von Schockwellen, die entstehen, wenn Materie in das großräumige kosmische Netz kollabiert, extrem heiß sein und ein schwaches, aber nachweisbares Röntgensignal aussenden.

Um diese Signale zu detektieren, kombinierten die Forscher Daten von zwei der fortschrittlichsten Röntgenobservatorien der Welt: dem Suzaku-Satelliten und dem XMM-Newton der ESA. Durch die Kombination dieser Instrumente konnten sie das störende Signal von Schwarzen Löchern eliminieren und das Signal des WHIM isolieren, um dessen Dichte und Temperatur erstmals mit solcher Genauigkeit zu messen.

Als Beobachtungsziel suchte das Team nach kosmischen Filamenten im Shapley-Supercluster, einer riesigen Struktur etwa 650 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Mit den kombinierten Fähigkeiten von Suzaku und XMM-Newton detektierten die Forscher ein Röntgensignal, das auf die Anwesenheit eines Filaments hinweist, das mit den Vorhersagen des Standardmodells übereinstimmt.

Diese intergalaktische Materie war, wie erwartet, extrem heiß und dünn: mit Temperaturen nahe 10 Millionen Kelvin und etwa 10 Elektronen pro Kubikmeter. Migkas beschreibt, dass das Filament im Durchschnitt etwa 40-mal dichter ist als die durchschnittliche Dichte des Universums und etwa 1000-mal weniger dicht als die Kerne der vier Galaxienhaufen, die es verbindet. Trotz seiner bisherigen Unsichtbarkeit trägt dieses Filament eine Gesamtmasse, die etwa zehnmal so groß ist wie die der Milchstraße, und stellt somit ein riesiges Reservoir bisher verborgener Materie dar.

Zum ersten Mal bestätigt diese Arbeit die Gültigkeit der Vorhersagen des Standardmodells der Kosmologie in Bezug auf die Eigenschaften eines großen Teils der fehlenden Baryonen. Diese Entdeckung könnte neue Wege für das Verständnis der Struktur und Entwicklung des Universums eröffnen.

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