Zum ersten Mal bestätigt eine spektroskopische Analyse, dass dieses Filament ein warm-heißes intergalaktisches Medium (WHIM) enthält, das einen Teil der "fehlenden" gewöhnlichen Materie darstellt, die vom Standard-Kosmologischen Modell vorhergesagt, aber bisher in einem einzelnen Filament nicht nachgewiesen wurde.
Das Filament zwischen zwei Galaxienhaufen (oben und unten im Bild), beobachtet von den Röntgenteleskopen Suzaku (JAXA) und XMM-Newton (ESA). Das Gas des Filaments ist als hellere Bereiche in der Bildmitte sichtbar. Die "Löcher" im Filament sind Artefakte der Beobachtungsmethode: An diesen Stellen befinden sich Schwarze Löcher (helle Punkte), die nicht zum Filament gehören. Ihre Röntgenstrahlung wird vom Filament subtrahiert.
© Migkas et al.
Seit Jahrzehnten rätseln Kosmologen über den Verbleib von etwa der Hälfte der gewöhnlichen Materie im Universum, die laut theoretischen Modellen als heißes Gas in kosmischen Filamenten vorhanden sein sollte. Der direkte Nachweis erwies sich jedoch als äußerst schwierig, aufgrund seiner geringen Leuchtkraft und möglicher Verunreinigung durch andere Röntgenstrahlungsquellen.
Das Team konzentrierte sich auf ein außergewöhnliches Filament, das vier Haufen des Shapley-Superhaufens verbindet: A3532 und A3530 auf der einen Seite, A3528-N und A3528-S auf der anderen. Die Beobachtungsstrategie kombinierte die komplementären Stärken der Röntgenteleskope Suzaku, das sehr schwache Quellen trotz begrenzter räumlicher Auflösung detektieren kann, und XMM-Newton, das weniger empfindlich für ausgedehnte Strukturen ist, aber punktuelle Quellen wie supermassereiche Schwarze Löcher genau lokalisieren kann.
Letztere wurden systematisch von den Messungen subtrahiert, um das Signal des Filaments zu isolieren. Die Wissenschaftler entdeckten so einen 21%igen Überschuss an Röntgenstrahlung in der Filamentregion im Vergleich zur kosmischen Hintergrundstrahlung.
Das Filament zwischen zwei Galaxienhaufen, beobachtet vom Röntgenteleskop Suzaku
Die Ergebnisse zeigen ein Filament, das hauptsächlich aus freien Elektronen und Protonen bei 11,6 Millionen Kelvin besteht, mit einer Dichte, die zehnmal höher ist als das standardmäßige intergalaktische Medium. Seine kolossale Masse von 10¹³ Sonnenmassen entspricht dem Hundertfachen der Milchstraße. Dieses Filament gehört zum Shapley-Superhaufen, einer der größten Strukturen im nahen Universum, der sich 650-750 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Zentaur befindet und über 10.000 Galaxien umfasst.
"Es ist wirklich ein Mini-Universum, das aus mehr als 30 Galaxienhaufen besteht, die durch ein komplexes Netzwerk von Filamenten verbunden sind", erklärt Nabila Aghanim, Forschungsdirektorin des CNRS, die die dreidimensionale Struktur dieses Superhaufens im Rahmen des ERC-Projekts ByoPiC kartiert hat.
Beobachtungen des Filaments zwischen den Galaxienhaufen des Shapley-Superhaufens. In Gelb sind zwei Paare von Galaxienhaufen zu sehen, wobei jeder Hunderte von Galaxien enthält. Zwischen den Haufen ist eine erhöhte Anzahl von Galaxien des Filaments im Vergleich zum Himmelshintergrund zu erkennen.
© Migkas et al
Diese optischen Daten zeigten, dass das Filament diagonal zu uns ausgerichtet ist – eine entscheidende Information, um sein Gesamtvolumen und die Dichte des enthaltenen Gases genau zu bestimmen. Diese Entdeckung bestätigt spektakulär die kosmologischen Vorhersagen und eröffnet neue Wege, um die fehlende Materie im Universum zu lokalisieren.
"Wir hatten heißes Gas nachgewiesen, indem wir Tausende von Filamenten überlagert haben, aber es war schwierig, seine physikalischen Eigenschaften zu bestimmen", betont die französische Wissenschaftlerin. Nun markiert die präzise Charakterisierung des WHIM in einem einzelnen Filament einen entscheidenden Schritt zum Verständnis der großräumigen kosmischen Architektur.