Astronomen van onder meer SRON en de Sterrewacht Leiden hebben met ESA’s ruimtetelescoop XMM-Newton gas gevonden dat een van de puzzelstukjes vormt om de totale hoeveelheid ‘normale’ materie in het heelal in kaart te brengen. Het onderzoek wordt 21 juni gepubliceerd in Nature.
Het heelal bestaat voor resp. 25 en 70 procent uit mysterieuze donkere materie en donkere energie. Slechts 5 procent bestaat uit ‘gewone’ materie, dingen die wij kunnen zien, zoals sterren, planeten en mensen. Maar zelfs die 5 procent is moeilijk op te sporen. De totale hoeveelheid normale materie, die astronomen baryonen noemen, kan worden geschat op basis van de kosmische achtergrondstraling, het oudste licht in het heelal, dat afkomstig is uit de periode van slechts 380.000 jaar na de oerknal.
Via waarnemingen aan verafgelegen sterrenstelsels kunnen sterrenkundigen de evolutie van deze materie volgen gedurende de eerste paar miljard jaar van het heelal. Daarna lijkt bijna de helft spoorloos. Eerste auteur Fabrizio Nicastro (Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Italië) noemt deze vermiste baryonen een van de grootste mysteries uit de moderne astrofysica. “We weten dat de materie er moet zijn, maar we hebben er geen greep op. Waar is het gebleven?”
Als je alle sterren en sterrenstelsels in het heelal bij elkaar optelt, inclusief het interstellaire gas, kom je op ongeveer 10 procent van alle normale materie. Als je daar het hete diffuse gas in de halo’s rond sterrenstelsels aan toevoegt, plus het nog hetere gas in clusters van sterrenstelsels, blijf je steken op nog geen 20 procent. Dat is op zich geen verrassing, want sterren, sterrenstelsels en clusters worden gevormd in de dichtste knopen van het kosmische web, de draadachtige groteschaalstructuur van het heelal, en die zijn zeldzaam.
Astronomen denken dat de ‘vermiste’ baryonen zich schuilhouden in de filamenten van het kosmische web, waar de materie ijler is en dus lastiger waarneembaar. Tot nu toe is slechts 60 procent van deze intergalactische materie gelokaliseerd.
Nicastro en zijn collega’s hebben in 2015 en 2017 in totaal 18 dagen lang met ESA’s röntgentelescoop XMM-Newton gekeken naar een quasar op 4 miljard lichtjaar afstand. Quasars zijn grote sterrenstelsels met een superzwaar zwart gat in het centrum en schijnen helder op röntgen- en radiogolflengten. In de data vonden de onderzoekers de vingerafdruk van zuurstof in het hete intergalactische gas tussen ons en de verre quasar, op twee locaties langs de zichtlijn. Tweede auteur Jelle Kaastra (Ruimteonderzoeksinstituut SRON): “Er liggen daar enorme voorraden aan materie, waaronder zuurstof, in de hoeveelheden die we verwachtten. Het lijkt erop dat we eindelijk het raadsel van de vermiste baryonen kunnen oplossen.”
Het resultaat is het begin van een nieuwe zoektocht. De astronomen gaan nu met zowel XMM-Newton als NASA’s Chandra-observatorium nieuwe quasars onderzoeken. Coauteur Nastasha Wijers (promovenda aan de Sterrewacht Leiden): “We willen nu naar andere bronnen in het heelal gaan kijken om te kunnen bevestigen dat onze resultaten universeel zijn. Ook willen we de langgezochte materie verder gaan onderzoeken.” Coauteur Joop Schaye (Sterrewacht Leiden) voegt daaraan toe: “Dit is een spannende eerste stap. We kijken ook uit naar de lancering van Athena in 2031 waarmee we door de veel grotere gevoeligheid het warme intergalactische medium tot in groot detail kunnen bestuderen.”
XMM-Newton vindt vermist intergalactisch materiaal
