Astronomen vinden langste filament van intergalactisch gas

Abell 3391-Abell 3395
Simulatie die de verdeling toont van heet gas (links) vergeleken met de röntgenopname van de eROSITA (rechts) van het Abell 3391-Abell 3395 systeem. Credit: Reiprich et al., doi: 10.1051/0004-6361/202039590.

Astronomen hebben met behulp van de röntgentelescoop eROSITA aan boord van de Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG) ruimtetelescoop en de Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) in Australië hebben een filament van intergalactisch gas met een lengte van 49 miljoen lichtjaar ontdekt in de samensmeltende cluster van sterrenstelsels Abell 3391 – Abell 3395. Hiermee worden huidige Oerknal-ideeën over de oorsprong en de evolutie van het heelal bevestigd.

Meer dan de helft van de materie in ons heelal is tot dusver verborgen gebleven voor astronomen. Maar ze hebben wel een idee waar die materie zich zou kunnen bevinden: in zogenaamde filamenten, ondoorgrondelijk grote draadachtige structuren van heet gas die sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels omringen en met elkaar verbinden.

Uitgaande van berekeningen zit meer dan de helft van alle baryonische materie in het heelal in deze filamenten. Baryonische materie is de vorm van materie waaruit sterren en planeten en dus ook wijzelf zijn samengesteld. Deze baryonische materie is tot dusver aan onze waarnemingen ontsnapt.

Door de enorme uitzetting van de filamenten is de materie erin extreem verdund. Het bevat slechts 10 deeltjes per m3 en dat is vele minder dan wat we met het beste vacuüm op Aarde kunnen verkrijgen.

Echter met de eROSITA röntgentelescoop in de ruimte konden astronomen dit gas voor het eerst volledig zichtbaar maken.

Met behulp van de eRosita en de ASKAP-telescopen observeerden de astronomen Abell 3391-Abell 3395, een systeem van drie clusters van sterrenstelsels op een afstand van ongeveer 700 miljoen lichtjaar van de Aarde.

De beelden onthulden niet alleen de clusters en talrijke individuele sterrenstelsels maar ook twee gasfilamenten, waarvan er eentje 49 miljoen lichtjaar lang is, die de twee hoofddelen van het systeem met elkaar verbinden.

Volgens de onderzoekers lijken de nieuwe eROSITA-beelden van het waargenomen systeem opmerkelijk veel op het resultaat van kosmologische simulaties. Dit suggereert dat het algemeen aanvaarde standaardmodel voor de evolutie van het heelal correct is. Het belangrijkste is volgens de onderzoekers dat de gegevens laten zien dat de ontbrekende materie waarschijnlijk verborgen is in de filamenten.

Met behulp van computersimulaties vonden de onderzoekers een zeer vergelijkbaar aantal clusters van sterrenstelsels verbonden door warm gas in een brugachtig filament en omringd door andere objecten, uitgelijnd in een filamentachtige structuur met een lengte van 49 miljoen lichtjaar.

De simulaties bevestigen dat dergelijke filamenten een aanzienlijke hoeveelheid verdund gas bevatten en zich over grote gebieden in de ruimte uitstrekken. De simulaties laten ook zien dat andere groepen en clusters van sterrenstelsels langs filamenten bewegen in de richting van de kosmische knooppunten zoals die waar de Abell 3391-Abell 3395-analoog zich bevinden.

Deze onderzoeken kunnen op unieke wijze helpen om de oorsprong van het waargenomen paar en het filament en de specifieke eigenschappen van het gas erin te interpreteren.

Het extreem verdunde en koudere gas in het filament lijkt uit heel verschillende richtingen te komen, bijna loodrecht, met betrekking tot het hetere gas in de clusters van sterrenstelsels. Ook is de evolutie van de eigenschappen in de afgelopen 10 miljard jaar is ook anders.

Deze waarnemingen van een stelsel van clusters van sterrenstelsels op 700 miljoen lichtjaar van ons verwijderd detecteren een gasvormig filament van het kosmische web, waarvan wordt aangenomen dat het hele heelal er mee is doordrongen maar tot dusver aan onze telescopen is ontsnapt. Het vinden van een gasvormige structuur op deze schaal bevestigde het model dat astronomen hebben van hoe het heelal zich sinds de Oerknal heeft ontwikkeld.

Dit model wordt het Lambda Cold Dark Matter (LCDM) genoemd en het combineert donkere materie en donkere energie om zo de structuren die we in het heelal moeten zien te verklaren.

Het onderzoek is een goed voorbeeld van hoe twee internationale telescopen van de volgende generatie samenwerken om wetenschap te bedrijven die in het verleden niet mogelijk was.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het  tijdschrift Astronomy & Astrophysics

Artikel: T.H. Reiprich et al. 2020. The Abell 3391/95 galaxy cluster system. A 15 Mpc intergalactic medium emission filament, a warm gas bridge, infalling matter clumps, and (re-) accelerated plasma discovered by combining SRG/eROSITA data with ASKAP/EMU and DECam data. A&A, in press; doi: 10.1051/0004-6361/202039590

Eerste publicatie: 21 december 2020
Bron: Sci-News en anderen