Seit Jahrzehnten konnten Astronomen einen erheblichen Teil der gewöhnlichen Materie, aus der unsere Welt besteht, nicht finden. Berechnungen zufolge sollte es im Universum mehr Materie geben, als wir sehen. Nun gelang es Wissenschaftlern zu erklären, wohin diese „verlorene“ Materie geraten ist. Es stellte sich heraus, dass mächtige Ausbrüche schwarzer Löcher Gas weit über die Grenzen der Galaxien hinaus verstreut haben.

Das Rätsel der fehlenden Baryonen

Alles, was uns umgibt – Planeten, Sterne und wir Menschen selbst – besteht aus baryonischer Materie. Dies ist Materie, die aus Protonen und Neutronen gebildet ist. Kosmologische Modelle sagen voraus, dass Baryonen etwa 17 % der Gesamtmasse-Energie des frühen Universums ausmachen sollten. Tatsächliche Beobachtungen ergaben jedoch nur 10 % dieses Wertes.

Lange Zeit gingen Forscher davon aus, dass die fehlenden 90 % auf kaltes, dünnes Gas zurückzuführen sind, das im intergalaktischen Raum verborgen ist. Doch sein Existenz zu beweisen und seinen genauen Standort zu bestimmen, war äußerst schwierig.

Fast Radio Bursts als Suchinstrument

Ein Durchbruch bei der Lösung dieses Problems gelang dank der Nutzung von Fast Radio Bursts (FRB). Dies sind hochenergetische, kurze Ausbrüche von Radiostrahlung extragalaktischen Ursprungs, die von Millisekunden bis Sekunden dauern.

Wenn ein Funksignal durch Materie hindurchgeht, unterliegt es einer Dispersion und wird zeitlich verschmiert. Das Ausmaß dieser Verschmierung ermöglicht es Wissenschaftlern, die Dichte der Materie auf dem Weg des Signals genau zu berechnen. Ein Forscherteam hat die Verschmierungsparameter von tausenden archivierten Signalen mit der Position von mehr als 6 Millionen Galaxien abgeglichen.

„Wir stellen fest, dass die Aktivität in Galaxien chaotischer ist, als wir dachten. Sie ähneln eher Springbrunnen, die Gas tatsächlich über sehr große Entfernungen hinausstoßen“, so Haochen Wang, Autor der Studie vom Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Riesige Gashalos

Die wichtigste Entdeckung war, wie weit sich die baryonische Materie von ihren Muttergalaxien entfernt. Die entdeckten Gaswolken erstrecken sich über Entfernungen, die die Werte, die durch Computersimulationen geliefert wurden, erheblich übertreffen.

„Eine Galaxie hat einen Durchmesser von vielleicht einigen hunderttausend Lichtjahren, und wir haben die verlorene Materie in einer Entfernung von etwa 4 Millionen Lichtjahren gefunden“, so der Co-Autor der Studie, der Physiker vom MIT, Kiyoshi Masui.

Die gewonnenen Daten belegen, dass hochenergetische Prozesse deutlich intensiver ablaufen als bisher angenommen. Gerade die relativistischen Jets (Jets) supermassereicher schwarzer Löcher und Supernova-Explosionen stoßen baryonische Materie weit in den intergalaktischen Raum hinaus und bilden riesige, dünne Halos.

Ein neuer Meilenstein in der Erforschung des Kosmos

Die Ergebnisse der Arbeit, die im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht wurden, bestätigen die Korrektheit der grundlegenden astrophysikalischen Modelle. Darüber hinaus eröffnen sie ein neues, effektives Instrument zur Erforschung der Evolution des Universums.

„Wir haben es zum ersten Mal zum Laufen gebracht, und es wird noch genauer funktionieren, sobald sich die Daten verbessern“, fasste Masui zusammen.

Fast Radio Bursts, die erstmals 2007 entdeckt wurden, werden zu einem mächtigen Werkzeug zur Sondierung der intergalaktischen Umgebung. Dank der Fähigkeit hochenergetischer Strahlung, mit Materie zu interagieren, ermöglichen FRB die Untersuchung der Struktur und Zusammensetzung des Universums in Maßstäben, die für Standard-Optik- und Röntgenteleskope unzugänglich sind.