In den unendlichen Weiten des Universums hat die normale Materie – diejenige, aus der Sterne, Planeten und wir selbst bestehen – Astronomen schon lange vor ein Rätsel gestellt. Theoretische Berechnungen, die auf dem Urknall basieren, sagten eine bestimmte Menge an Baryonen (Protonen und Neutronen) voraus. Bei Beobachtungen mit Teleskopen schien jedoch ein erheblicher Teil dieser Materie zu verschwinden. Wo versteckte sie sich? Die Antwort kam dank rätselhafter und mächtiger Radioausbrüche – Fast Radio Bursts, oder FRBs.
Researchers used nearly 3,000 radio bursts to trace invisible plasma around galaxies and found that gas extended much farther than expected — reshaping our picture of how the universe’s “missing” matter is dispersed. Read the paper in @physrevlett: go.aps.org/4fvrutf
Diese kurzen, hellen Radioimpulse, die nur Millisekunden dauern, entstehen in weit entfernten Galaxien. Sie legen Milliarden von Lichtjahren zurück und durchqueren dabei dünnes Plasma – ionisiertes Gas. Unterwegs werden die Signale dispersiert: niedrigere Frequrequenzen werden stärker verzögert als höhere. Je mehr freie Elektronen auf dem Weg sind, desto stärker ist die „Verzerrung“. Dieser Effekt wurde zu einem perfekten Werkzeug, um die unsichtbare Materie zu „wiegen“.
Die internationale CHIME/FRB-Kollaboration, zu der Wissenschaftler des MIT, McGill und anderer Institute gehören, analysierte fast 3000 solcher Ausbrüche aus dem zweiten Katalog des CHIME-Teleskops. Sie verglichen die Dispersionsdaten mit den Positionen von Millionen Galaxien aus dem DESI Legacy Imaging Survey. Die in Physical Review Letters veröffentlichten Ergebnisse waren beeindruckend.
Es stellte sich heraus, dass die „fehlenden“ Baryonen nicht nur in der intergalaktischen Materie (IGM), sondern auch in riesigen, dünnen Gaswolken um die Galaxien selbst – der sogenannten zirkumgalaktischen Materie (CGM) – konzentriert sind. Das Gas erstreckt sich viel weiter als erwartet: bis zu etwa 4 Millionen Lichtjahre von den Galaxien entfernt, was dem mehr als Zehnfachen des Durchmessers einer typischen Galaxie entspricht. Wo es mehr Galaxien gibt, gibt es auch mehr Materie um sie herum. Dies deutet darauf hin, dass Galaxien durch Prozesse wie Jets von supermassiven Schwarzen Löchern und Supernova-Explosionen aktiv Gas nach außen schleudern.
Stellen Sie sich vor: eine Galaxie ist kein geschlossenes System, sondern ein Brunnen, der Materie in den umgebenden Raum schleudert. Früher sagten Simulationen eine kompaktere Verteilung voraus, aber die Realität erwies sich als anders – das Gas bildet riesige, „flauschige“ Wolken. Dies verändert unser Verständnis der Galaxienentwicklung und des kosmischen Netzes als Ganzes.
Die Arbeit löst nicht nur das lange Rätsel der „fehlenden Baryonen“ (missing baryons), sondern demonstriert auch die Leistungsfähigkeit einer neuen Methode. FRBs fungieren als kosmische Sonden, die unsichtbare Bereiche des Universums beleuchten. Mit der wachsenden Zahl entdeckter Ausbrüche (und täglich sind es Tausende) werden Astronomen die Verteilung der Materie noch genauer kartieren und Modelle der großräumigen Struktur des Kosmos überprüfen können.
Diese Studie ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie unerwartete Phänomene wie FRBs von einem Rätsel zu einem mächtigen Werkzeug werden. Was diese Millisekunden-Ausbrüche noch verbergen, werden zukünftige Beobachtungen zeigen. Das Universum enthüllt nach und nach seine Geheimnisse, einen Radioausbruch nach dem anderen.
