Diese Suche könnte nun dank einer bahnbrechenden Entdeckung, die Halo-Strukturen aus ionisiertem Wasserstoffgas um Galaxien betrifft, zu einem Abschluss kommen.
Ein internationales Team hat eine innovative Methode eingesetzt, um dieses unsichtbare Gas nachzuweisen. Durch die Überlagerung von Bildern von mehr als einer Million Galaxien konnten sie subtile Variationen im kosmischen Mikrowellenhintergrund beobachten. Diese Variationen zeigen die Präsenz eines Gas-Halos, der weitaus ausgedehnter ist als bisher angenommen.
Künstlerische Darstellung des Halos aus heißem Wasserstoffgas, der die Milchstraße und zwei Satellitengalaxien, die Magellanschen Wolken, umgibt. Dieser Halo enthält genug Gas, um das Rätsel der fehlenden Materie zu lösen.
Bildnachweis: NASA/CXC/M.Weiss; NASA/CXC/Ohio State/A Gupta et al
Die Forscher nutzten den kinematischen Sunyaev-Zel'dovich-Effekt, eine Technik zur Messung der Streuung von Elektronen im ionisierten Gas. Dieser Ansatz ermöglichte es, die Verteilung des Gases um Galaxien mit bisher unerreichter Präzision zu kartieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass supermassereiche schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien eine Schlüsselrolle bei der Verteilung dieses Gases spielen.
Die aktuellen Simulationen der Galaxienentstehung könnten erhebliche Anpassungen erfordern. Die neuen Modelle müssen diese intensivere Aktivität der schwarzen Löcher berücksichtigen, die Gas weit über die bisher geschätzten Grenzen hinaus ausstoßen. Diese Entdeckung eröffnet auch neue Perspektiven für die Erforschung der großräumigen Struktur des Universums.
Das Team arbeitete mit Forschern weltweit zusammen und nutzte Daten des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) und des Atacama Cosmology Telescope (ACT). Diese Instrumente lieferten präzise Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und der untersuchten Galaxien. Die Ergebnisse werden derzeit von Fachkollegen begutachtet und sollen in Physical Review Letters veröffentlicht werden.
Diese Entdeckung löst einen großen Widerspruch zwischen astronomischen Beobachtungen und kosmologischen Modellen. Sie zeigt, dass die fehlende Materie direkt vor unseren Augen war, aber in einer zu diffusen Form, um mit herkömmlichen Methoden erkannt zu werden. Die Auswirkungen auf die Kosmologie sind weitreichend, insbesondere für das Verständnis der Materieverteilung im Universum.
Die nächsten Schritte umfassen weitere Analysen mit Simulationen, um diese Ergebnisse zu verfeinern. Die Forscher hoffen auch, diese Technik zur Untersuchung des frühen Universums einzusetzen. Dies könnte wertvolle Hinweise auf die physikalischen Gesetze in den ersten Momenten des Universums liefern.
Was ist der kinematische Sunyaev-Zel'dovich-Effekt?
Der kinematische Sunyaev-Zel'dovich-Effekt ist ein Phänomen, bei dem Photonen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds durch Elektronen im ionisierten Gas gestreut werden. Diese Streuung verursacht leichte Temperaturschwankungen im kosmischen Hintergrund, die die Präsenz und Verteilung des Gases offenbaren.
Dieser Effekt ermöglicht es Astronomen, Gasstrukturen zu erkennen, die zu kalt und zu diffus sind, um direkt beobachtet zu werden. Er ist besonders nützlich für die Untersuchung des heißen intergalaktischen Mediums, einer wichtigen, aber schwer zu beobachtenden Komponente des Universums.
Die Messung dieses Effekts erfordert extrem empfindliche Instrumente wie das Atacama Cosmology Telescope. Die gesammelten Daten können dann analysiert werden, um die Verteilung des Gases um und zwischen Galaxien zu kartieren.
Warum stoßen supermassereiche schwarze Löcher Gas aus?
Supermassereiche schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien können sehr aktiv werden und große Mengen an Materie verschlingen. Diese Aktivität erzeugt Teilchenstrahlen und starke Winde, die das umgebende Gas weit vom galaktischen Zentrum wegstoßen.
Dieser Prozess, genannt galaktische Rückkopplung, spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Sternentstehung. Indem sie Gas ausstoßen, begrenzen schwarze Löcher die Menge an Materie, die für die Bildung neuer Sterne zur Verfügung steht, und beeinflussen so die Entwicklung von Galaxien.
Die neuen Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese Rückkopplung energischer und weitreichender ist als bisher angenommen. Schwarze Löcher könnten in verschiedenen Phasen ihres Lebens aktiv sein, nicht nur während ihrer anfänglichen Wachstumsphase.