Een Europees team van astronomen onder Nederlandse leiding heeft een groot filament van heet gas blootgelegd dat vier clusters van sterrenstelsels met elkaar verbindt. Het filament bestaat uit zogeheten warm-heet intergalactisch medium. Het hete gas strekt zich uit over een afstand van 23 miljoen lichtjaar, is meer dan tien miljoen graden heet en maakt mogelijk deel uit van wat astronomen de ‘ontbrekende normale materie’ noemen. Het team gebruikte twee röntgenruimtetelescopen: de Japanse Suzaku en de Europese XMM-Newton. Publicatie op 19 juni in Astronomy and Astrophysics.
De astronomen analyseerden een filament dat vier clusters van sterrenstelsels verbindt: A3532 en A3530 aan de ene kant en A3528-N en A3528-S aan de andere kant. De clusters maken deel uit van de Shapley Supercluster, een grote groep van meer dan achtduizend sterrenstelsels op ongeveer 650 miljoen lichtjaar afstand van de aarde in het sterrenbeeld Centaur.
Uit de analyse blijkt dat het filament voornamelijk is samengesteld uit vrije elektronen en protonen met een temperatuur van meer dan tien miljoen graden Celsius. Er zijn ongeveer tien deeltjes per kubieke meter. Dat is dertig- tot veertigmaal de gemiddelde dichtheid van het heelal. In totaal is het filament goed voor 1,2 x 1013 zonsmassa’s aan heet gas, ofwel tienmaal de massa van onze Melkweg.
Elegante combinatie van methoden
Heet gas in filamenten was al eerder waargenomen, maar het is voor het eerst dat de eigenschappen zijn geanalyseerd met spectroscopie, zonder significante vervuiling door zwarte gaten en sterrenstelsels. Het onderzoeksteam gebruikte een elegante combinatie van methoden om de vervuiling te elimineren.
Eerst bepaalden ze met gegevens van optische telescopen de oriëntatie van het filament aan de hemel. Vervolgens maakten ze met de Japanse Suzaku-röntgentelescoop een spectrum van het hele gebied. Daarna verzamelden ze gegevens van de Europese XMM-Newton-telescoop om de vervuilende zwarte gaten te modelleren en te neutraliseren. Uiteindelijk konden ze een spectrum van het filament isoleren, waarvan ze de dichtheid en temperatuur berekenden.
Het probleem van de ontbrekende normale materie
Waarnemingen aan het heelal duiden erop dat het veel meer inhoud bevat dan wat we nu kunnen zien. Zo draaien sterrenstelsels sneller dan ze eigenlijk zouden mogen op basis van de opgetelde massa van hun sterren. Astronomen vermoeden daarom dat er ookzogeheten donkere materie in zit. En ze voeren donkere energie aan om de toenemende uitdijingssnelheid van het heelal te verklaren. Maar zelfs met donkere materie en donkere energie erbij ontbreekt er ook nog een groot deel van de normale materie.
Het standaard kosmologische model voorspelt dat ongeveer 30 tot 40 procent van de normale materie lastig tot niet te zien is met telescopen. Uit grootschalige kosmologische simulaties blijkt dat deze materie zich mogelijk schuilhoudt in enorme kosmische gasfilamenten tussen clusters van sterrenstelsels.
Eerdere waarnemingen strookten niet met simulaties
Eerder probeerden sterrenkundigen de waarnemingen van hele verzamelingen van filamenten te ‘stapelen’ om vervuiling door zwarte gaten te omzeilen. De gestapelde waarnemingen kwamen echter niet overeen met de voorspellingen van het standaard kosmologische model.
‘We hadden niet verwacht dat onze nieuwe methode het signaal van het warm-heet intergalactisch medium zo duidelijk naar boven zou brengen,’ zegt onderzoeksleider Konstantinos Migkas, (Universiteit Leiden / SRON). ‘We laten zien dat de eigenschappen van kosmische filamenten toch overeenkomen met de simulaties. De kosmologische simulaties hadden gewoon al die tijd gelijk. Dat is een geweldige beloning.’
Volgens Migkas en zijn teamkunnen toekomstige onderzoeken op vergelijkbare plaatsen in het heelal zoeken naar filamenten en hun eigenschappen. Daardoor gaan onderzoekers beter begrijpen hoe de grootste structuren in het heelal met elkaar verbonden zijn.
Publicatie
Detection of pure warm-hot intergalactic medium emission from a 7.2 Mpc long filament in the Shapley supercluster using X-ray spectroscopy. Door: K. Migkas, F. Pacaud, T. Tuominen & N. Aghanim. In: Astronomy & Astrophysics, 19 juni 2025.