Våren 2013 kommer de etterlengtede hovedresultatene fra den etter hvert så berømte satellitten Planck.

Da kan vi forvente de mest nøyaktige svar noensinne på de virkelig store spørsmålene. Hvor gammelt er universet? Hvor mye mørk energi finnes og hva slags type er den? Når ble de første stjernene og galaksene dannet?

Mens vi venter, kommer Planck-gruppen med andre resultater. Ved hjelp av data fra satellitten har de påvist varm gass i rommet mellom to galaksehoper.

Funnet kan vise hvor en del av den manglende baryoniske - såkalt vanlige - materien i universet befinner seg. Svaret kan være at baryonene er spredt tynt utover i det kosmiske spindelvevet som utgjør selve strukturen i universet.

– Oppdagelsen av gassbroen mellom de to galaksehopene er viktig som en bekreftelse på at det kosmiske spindelvevet faktisk finnes, sier forsker Håkon Dahle ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo.

Dahle deltar selv i arbeidsgruppen for studier av galaksehoper innad i Planck-gruppen.

– Eksistensen av dette spindelvevet er en viktig forutsigelse i dagens kosmologiske standardmodell, der universet er dominnert av mørk materie og mørk energi, sier Dahl.

Måler variasjoner i strålingen

Planck-satelitten fra den europeiske romfartsorganisasjonen ESA ble sendt opp i 2009. Instrumentene om bord måler variasjoner i temperaturen til den kosmiske bakgrunnsstrålingen; ørsmå forandringer fra sted til sted i en stråling i mikrobølgeområdet som kommer mot oss fra alle kanter hele tiden.

Bakgrunnsstrålingen stammer fra universets begynnelse og inneholder svar på de fleste store spørsmål man kan tenke seg å stille om universet.

De fleste astronomer er enige om at universet for det meste består av energi og materie som vi egentlig ikke vet hva er, men som vi kaller mørk. Mørk energi og mørk materie står for hele 96 prosent av alt som finnes i universet.

Som motpart til de eksotiske formene for materie og energi har vi den såkalt vanlige materien, det vil si de partiklene som danner atomer og molekyler. Denne typen partikler kalles baryoner. Alle mennesker, dyr, planter, planeter, Solen og alle de lysende stjernene på nattehimmelen er laget av baryoner.

Ser man tilstrekkelig stort på det så er det altså bare cirka fire prosent av alt som finnes i universet som er laget av baryoner. Vi kaller likevel ofte baryonene for «vanlig» materie fordi det er denne typen materie vi ser rundt oss i dagliglivet og som vi best vet hvordan oppfører seg.

De forsvunne baryonene

Veletablerte teorier om hvordan materie ble dannet i det tidlige univers forteller oss hvor mye baryoner som ble dannet helt i begynnelsen av universets historie. I motsetning til mørk materie kan baryoner oppdages ved at de sender ut, reflekterer eller absorberer lys.

Problemet har vært at astronomene ikke har klart å finne ut hvor alle baryonene som ble dannet da universet ble til, har blitt av i dag.

Noen baryoner har klumpet seg sammen til stjerner og planeter slik som i vårt eget solsystem. Disse baryonene er det relativt enkelt å finne frem til. Men disse utgjør bare omtrent halvparten av alle baryonene som burde vært der. Hvor er resten? Har de forsvunnet, eller gjemmer de seg for detektorene våre?

En mulighet er at de forsvunne baryonene er spredt så tynt at lyset de sender ut er svært vanskelig å oppdage. Forskerne tenker seg at de manglende baryonene er spredt ut i et gigantisk nettverk som dekker hele universet (se bilde fra den numeriske simuleringen).

Som all vitenskap er dette et sammensatt bilde der brikkene må legges sammen for å pusle frem et helhetlig bilde. Det er all materien i universet, både galakser og gass - synlig materie, altså baryoner - og den eksotiske mørke - og usynlige - materien som utgjør det kosmiske spindelvevet.

Den synlige - baryoniske - delen av spindelvevet kalles WHIM (Warm-Hot Intergalactic Medium). Det er WHIM-delen av spindelvevet som kan være de forsvunne baryonene, og gassbroen som er funnet av Planck er - muligens - en del av WHIM.

Et nytt spektralvindu åpnes

I det siste tiåret har observasjoner av WHIM stort sett blitt gjort med røntgenstråling eller observasjoner i synlig og ultrafiolett lys. Instrumentene om bord på Planck observerer i mikrobølger, som er en helt annen del av det elektromagnetiske spektrum.

Man får dermed lett etter WHIM på andre bølgelengder enn tidligere. Å lete etter det samme med ulike metoder er en vanlig og nyttig fremgangsmåte i vitenskapelige undersøkelser.

Selv om WHIM hovedsakelig finnes i lange, tynne filamentliknende strukturer i det kosmiske spindelvevet, forventes det også å finnes i nærheten av universets kjemper: galaksehopene.

Ser etter spindelvev

Galaksehoper er de største objektene i universet som holdes samlet av tyngdekrefter. De består av noen hundre til flere tusen galakser som blir holdt sammen i et felles tyngdefelt, samt store mengder varm gass og enda mer mørk materie.

Astronomer har tidligere brukt den såkalte Sunyaev-Zel'dovich-effekten (ofte forkortet SZ-effekten) for å lokalisere nye galaksehoper.

På vei mot oss passerer den kosmiske bakgrunnsstrålingen gjennom den varme gassen som befinner seg mellom galakser inni galaksehopene. Strålingen får da tilført energi gjennom spredning på elektroner i gassen. Planck-satellitten måler SZ-effekten over hele himmelen

Å lete etter baryoner

Det er denne samme SZ-effekten som nå brukes for å lete etter WHIM. Det vil si at man nå har lett etter tegn på at bakgrunnsstrålingen har fått tilført energi fra gassen mellom (i motsetning til inni) galaksehopene.

Å lete etter gass i det kosmiske spindelvevet er svært utfordrende i og med at gassen i filament-armene er så tynt spredt utover. I området mellom to galaksehoper kan spindelvevs-gassen bli varmet opp og bli tettere enn ellers.

Dette gjør at det i slike områder kan være lettere å oppdage den. Forskere fra Planck-gruppen har nå sett nærmere på datakataloger med galaksehop-par.

Gassbro funnet

Mellom galaksehopene Abell 399 og Abell 401 har forskerne funnet en bro av varm gass som binder de to hopene sammen. Galaksehopene har en rødforskyvning på 0,07, som vil si at de er omtrent en milliard lysår unna oss - relativt nærme til galaksehoper å være.

Gassbroen som nå er funnet har en lengde på 10 millioner lysår. De varmeste delene av gassen har en temperatur på rundt 80 millioner grader.

Gassen er så varm på grunn av de enorme tyngdekreftene fra all materien i galaksehopene. Bevegelsesenergien som gassen får når den faller innover i hopenes tygdefelt, gjøres om til termisk energi (varme). Gassen i hopene er imidlertid svært tynn, størrelsesorden 0.001 partikler per kubikkcentimeter.

Dette er den første oppdagelsen av gass mellom galaksehoper som er gjort ved hjelp Sunyaev-Zel'dovich-effekten.

Det er fremdeles ikke klart om gassen faktisk er en del av WHIM eller om den tidligere har vært inni galaksehopene som den nå danner en bro mellom.

Numeriske simuleringer kan tyde på at den kan være en blanding av begge deler. Nærmere analyser kan avklare dette ved å avdekke flere eksempler på slike gassbroer.

Referanse:

Ade, Diego m.f.: Planck intermediate results. VIII. Filaments between interacting clusters (pdf), Astronomy & Astrophysics, November 2012, doi: http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201220194.