Astronomen spüren fehlende Materie des Universums auf

Versteckt im kosmischen Netzwerk: Astronomen könnten das Rätsel der im Universum „fehlenden“ normalen Materie gelöst haben. Denn Galaxien und andere Himmelsstrukturen machen nur rund die Hälfte davon aus. Jetzt deuten Beobachtungen an einem Galaxiencluster darauf hin, dass sich die fehlenden Materieteilchen in dem kosmischen Netzwerk von heißen Gasfilamenten verstecken könnte. Denn diese Filamente bestehen zu etwa fünf bis zehn Prozent aus den gesuchten Atombausteinen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Die normale Materie macht in Universum nur rund fünf Prozent aus, der Rest sind Dunkle Materie und Dunkle Energie. Doch selbst von diesen fünf Prozent ließ sich bisher in unserer kosmischen Umgebung nur etwa die Hälfte aufspüren – in Galaxien und ihrer direkten Umgebung. Die Galaxien wiederum sind nicht gleichmäßig verteilt, sie entstehen an den Knotenpunkten eines kosmischen Netzwerks aus Gasfilamenten. Sie sind quasi die Adern des Kosmos und versorgen die Galaxien mit Gasnachschub.

Galaxiencluster mit Anhängseln

„Kosmologische Modelle sagen voraus, dass sich die fehlenden Baryonen in diesen Filamenten des kosmischen Netzes aufhalten könnten“, erklären Dominique Eckert von der Universität Genf und seine Kollegen. Doch bisher war es nie gelungen, diese hauchzarten Filamente aus heißem Gas und Plasma genau genug zu beobachten oder dort Neutronen, Protonen oder andere Atombausteine nachzuweisen. Genau dies ist nun Eckert und seinem Team gelungen.

Für ihre Studie beobachteten die Astronomen den Galaxiencluster Abell 2744 mit Hilfe des Weltraum-Röntgenteleskops XMM-Newton. Diese Cluster besteht aus mindestens vier massereichen Galaxien, die gerade dabei sei zu verschmelzen. Als Folge heizt sich dort das intergalaktische Gas stark auf und sendet energiereiche Röntgenstrahlung aus. „Diese Beobachtungen sprechen dafür, dass Abell 2744 ein aktiver Knotenpunkt im kosmischen Netzwerk ist“, so die Forscher.

Der Galaxiencluster Abell 2744 besteht aus mehreren, miteinander verschmelzenden massereichen Galaxien (blau) © NASA/ ESA 7 STScI, Montes, Lotz, Mountain, Koekemoer

200 Mal dichter als gedacht

Wenn jedoch dieser Cluster an einem Knotenpunkt liegt, so die Schlussfolgerung der Astronomen, dann müssen von ihm auch die gesuchten Filamente ausgehen. Und tatsächlich: „Wir beobachten eine signifikante Emission in den Sektoren, die sich zum Rand des Blickfelds von XMM-Newton ziehen“, berichten sie. Durch Analyse der von diesen Regionen ausgehenden Strahlung gelang es den Forschern, deren Temperaturen und Dichte zu bestimmen.

Daraus ergab sich, dass in diesen etwa zehn Millionen Grad heißen Filamenten rund um Abell 2744 sowohl mehr Dunkle Materie als auch mehr normale Materie enthalten ist als zuvor angenommen. „Das Gas in dieser Struktur hat eine typische Dichte von einigen hunderttausendstel Teilchen pro Kubikzentimeter“, berichten die Forscher. „Das ist rund 200 Mal mehr als die durchschnittliche Baryonendichte.“

Baryonen im kosmischen Netz

Nach den Berechnungen der Astronomen bestehen diese Filamente damit zu fünf bis zehn Prozent aus baryonischem Gas – Gas aus Atombausteinen wie Neutronen und Protonen. Das aber bedeutet, dass die die lange gesuchte fehlende Materie genau dort verstecken könnten – in den feinen, für normale Teleskope unsichtbaren Gasfilamenten.

„Unsere Ergebnisse stärken die Belege für ein Universum, in dem ein großer Teil der fehlenden Baryonen in den Filamenten des kosmischen Netzwerks steckt“, konstatieren Eckert und seine Kollegen. Ob ihre Beobachtungen bei Abell 2744 tatsächlich auf den Rest des Universums übertragbar sind, müssen nun weitere Untersuchungen zeigen.

Wenn das von der ESA geplante Weltraumteleskop Athena Mitte der 2020er Jahre ins All startet, könnten die Astronomen das kosmische Netzwerk sehr viel genauer als bisher beobachten. Bestätigt sich dies, dann rundet dies nicht nur unser Bild des Universums ab. Es könnte auch helfen besser zu verstehen, wie viele schwere Elemente es im Kosmos gibt, sagt Eckert. (Nature, 2015; doi: 10.1038/nature16058)

(Université de Genève, 03.12.2015 – NPO)