Een derde van de normale materie in het universum is ‘kwijt’. Maar onderzoekers denken nu te weten waar het is.

Astronomen zoeken al jaar en dag naar iets dat lijkt alsof het moeilijk te missen is: een derde van ‘normale’ materie in het universum. “Als we deze ontbrekende materie vinden, kunnen we een van de grootste raadsels in de astrofysica oplossen,” zegt onderzoeker Orsolya Kovacs. En de onderzoekers zijn met behulp van NASA’s Chandra X-ray Observatory nu iets op het spoor…

Normale materie
Hoe kan deze normale materie ‘kwijt’ zijn? Dat zit zo: van onafhankelijke, gevestigde waarnemingen hebben wetenschappers berekend hoeveel normale materie – waterstof, helium en andere elementen – er ontstond vlak na de oerknal. Tussen de eerste paar minuten en de eerste miljard jaar van ons universum in, veranderde veel van deze normale materie in kosmisch stof, gas en sterren en planeten. Het is probleem is echter dat wanneer astronomen de massa van dit alles in het huidige universum bij elkaar optellen, ongeveer een derde van de normale materie ontbreekt.


Waar kan het zijn?
Eén theorie is dat de ontbrekende massa zich ophoopte in gigantische gloeidraden in warm gas (temperaturen minder dan 100.000 Kelvin) en heet gas (temperaturen boven de 100.000 Kelvin) in de intergalactische ruimte. Deze filamenten – die ook wel de warm–hot intergalactic medium (WHIM) worden genoemd – zijn onzichtbaar voor optische lichttelescopen, maar een deel van het warme gas kan wel worden gedetecteerd met ultraviolet licht.

Quasars
Astronomen gebruikten de Chandra X-ray Observatory om de filamenten in warm gas te onderzoeken die in lijn liggen met een quasar die op ongeveer 3,5 miljard lichtjaar afstand van de aarde staat. Als het hete gas van de WHIM kan worden geassocieerd met deze filamenten, worden sommige röntgenstralen van de quasars door dat hete gas geabsorbeerd. Daarom zochten de onderzoekers naar een kenmerk van heet gas in het röntgenlicht van een quasar die door Chandra gedetecteerd kan worden. Uiteindelijk ontdekte het team 17 mogelijke filamenten tussen de quasars en ons in en berekende hun afstanden.

Wat is een quasar?
Een quasar is het extreem heldere centrum van actieve sterrenstelsels. De gloed die dit centrum genereert ontstaat door de aanwezigheid van een supermassief zwart gat dat omringd wordt door een uit gas en stof opgebouwde accretieschijf. Gas dat vanuit die accretieschijf richting het zwarte gat valt, geeft enorme hoeveelheden energie af (in de vorm van licht en straling).

Spectrum
Vanwege de uitdijing van het universum waarbij ook het licht tijdens het proces uitrekt, zou de absorptie van röntgenstralen door de materie in de filamenten worden verplaatst naar rode golflengten. Hoeveel het zou verschuiven naar die golflengten is afhankelijk van verschillende factoren, zoals bijvoorbeeld de afstand tot het filament. Daardoor wisten de onderzoekers waar ze in het spectrum moesten zoeken om de absorptie in de WHIM waar te nemen. “Onze techniek is in principe vergelijkbaar met hoe je dieren op de uitgestrekte vlaktes van Afrika zou opsporen,” zegt onderzoeker Akos Bogdan. “We weten dat dieren moeten drinken, dus het is logisch om eerst rond waterpoelen te zoeken.”

Uiteindelijk konden de onderzoekers de volledige hoeveelheid ontbrekende materie verklaren; de missende materie lag dus toch verborgen in de WHIM. “We zijn erg blij dat we de ontbrekende materie konden opsporen,” zegt co-auteur van de studie Randall Smith. “In de toekomst kunnen we dezelfde methode toepassen op andere quasar-gegevens om te bevestigen dat het mysterie eindelijk is gekraakt.”