In de uitgestrekte uitgestrektheid van het universum heeft de gewone materie – de materie waaruit sterren, planeten en wijzelf bestaan – astronomen al lange tijd in verwarring gebracht. Theoretische berekeningen, gebaseerd op de oerknal, voorspelden een bepaalde hoeveelheid baryonen (protonen en neutronen). Echter, bij observaties met telescopen leek een aanzienlijk deel van deze materie te verdwijnen. Waar verstopte het zich? Het antwoord kwam dankzij de mysterieuze en krachtige radiostralingen – fast radio bursts, of FRB's.
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
Deze korte, heldere pulsen van radiostraling, die slechts milliseconden duren, ontstaan in verre sterrenstelsels. Ze overbruggen miljarden lichtjaren en passeren door ijl geïoniseerd gas. Onderweg worden de signalen gedispergeerd: lagere frequenties worden meer vertraagd dan hogere. Hoe meer vrije elektronen op het pad, hoe sterker de 'verspreiding'. Dit effect is een perfect instrument geworden om onzichtbare materie te 'wegen'.
De internationale CHIME/FRB-samenwerking, waaronder wetenschappers van MIT, McGill en andere instituten, analyseerde bijna 3000 van dergelijke uitbarstingen uit de tweede catalogus van de CHIME-telescoop. Ze vergeleken de dispersiegegevens met de posities van miljoenen sterrenstelsels uit de DESI Legacy Imaging Survey. De resultaten, gepubliceerd in Physical Review Letters, waren indrukwekkend.
Het bleek dat de 'ontbrekende' baryonen zich niet alleen bevinden in het intergalactische medium (IGM), maar ook in uitgestrekte, ijle wolken rond de sterrenstelsels zelf – de zogenaamde circumgalactische omgeving (CGM). Het gas strekt zich veel verder uit dan verwacht: tot ongeveer 4 miljoen lichtjaar van de sterrenstelsels, wat tientallen keren de grootte van een typisch sterrenstelsel overschrijdt. Waar er meer sterrenstelsels zijn, is er ook meer materie om hen heen. Dit suggereert dat sterrenstelsels actief gas naar buiten 'uitstoten' via processen zoals jets van superzware zwarte gaten en supernova-explosies.
Stel je voor: een sterrenstelsel is geen gesloten systeem, maar een fontein die materie de omringende ruimte in spuit. Eerder voorspelden simulaties een compactere verdeling, maar de realiteit bleek anders – het gas vormt enorme 'donsachtige' wolken. Dit verandert ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels en het kosmische web als geheel.
Het werk lost niet alleen het langdurige raadsel van de missing baryons op, maar toont ook de kracht van een nieuwe methode. FRB's fungeren als kosmische sondes die onzichtbare gebieden van het universum verlichten. Met het toenemende aantal gedetecteerde uitbarstingen (en er zijn er duizenden per dag) kunnen astronomen de verdeling van materie nog nauwkeuriger in kaart brengen en modellen voor de vorming van de grootschalige structuur van de kosmos testen.
Dit onderzoek is een levendig voorbeeld van hoe onverwachte verschijnselen zoals FRB's van een raadsel transformeren tot een krachtig instrument. Wat er nog meer verborgen zit in deze milliseconde-uitbarstingen, zal blijken uit toekomstige observaties. De kosmos onthult geleidelijk zijn geheimen, één radiostraling tegelijk.
