Hoe donker is het kosmische web?

Het universum is doordrongen van een enorm, onzichtbaar web, waarvan de ranken door de ruimte weven. Maar ondanks het organiseren van de materie die we in de ruimte zien, is dit donkere web onzichtbaar. Dat komt omdat het bestaat uit donkere materie, die een zwaartekracht uitoefent maar geen licht uitzendt. 

Dat wil zeggen, het web was tot nu toe onzichtbaar. Voor het eerst hebben onderzoekers enkele van de donkerste hoeken van het universum verlicht. 

Verwant: De 11 grootste onbeantwoorde vragen over donkere materie

Het web weven

Lang geleden was het universum heter, kleiner en dichter dan nu. Het was gemiddeld ook veel saaier. Er was niet veel variatie in dichtheid van plaats tot plaats. Natuurlijk, de ruimte was over het algemeen veel krap, maar in het jonge universum waren de dingen, waar je ook ging, vrijwel hetzelfde.

Maar er waren kleine, willekeurige verschillen in dichtheid. Die klompjes hadden iets meer zwaartekracht dan hun omringende buurt, en dus had er de neiging om materie in te stromen. Door op deze manier groter te worden, ontwikkelden ze een nog sterkere zwaartekracht, waardoor ze meer materie naar binnen trokken, waardoor ze groter werden, enzovoort, enzovoort, miljarden jaren lang. Tegelijkertijd, terwijl de goudklompjes groeiden, liepen de ruimtes ertussen leeg.

In de loop van de kosmische tijd werden de rijken rijker en de armen armer.

Uiteindelijk groeiden de dichte plekken uit tot de eerste sterren, melkwegstelsels en clusters, terwijl de ruimtes ertussen de grote kosmische leegten werden..

Nu, 13,8 miljard jaar na het begin van dit enorme bouwproject, is de klus nog niet helemaal klaar. Materie stroomt nog steeds uit de holtes en voegt zich bij groepen melkwegstelsels die naar dichte, rijke clusters stromen. Wat we vandaag hebben, is een enorm, complex netwerk van filamenten van materie: het kosmische web.

Een licht in het donker

De overgrote meerderheid van de materie in ons universum is donker; het heeft geen wisselwerking met licht of met enige van de "normale" materie die we zien als sterren en gaswolken en andere interessante dingen. Als gevolg hiervan is een groot deel van het kosmische web volledig onzichtbaar voor ons. Gelukkig, waar de donkere materie zich verzamelt, sleept het ook wat gewone materie mee om mee te doen aan het plezier.

In de dichtste holtes van ons universum, waar het gefluister van de zwaartekracht van donkere materie genoeg regelmatige materie heeft beïnvloed om samen te smelten, zien we licht: de gewone materie heeft zichzelf omgezet in sterren.

Als een vuurtoren op een verre, zwarte kust, vertellen de sterren en melkwegstelsels ons waar de verborgen donkere materie op de loer ligt, wat ons een spookachtig overzicht geeft van de ware structuur van het kosmische web..

Met deze bevooroordeelde visie kunnen we de clusters gemakkelijk zien. Ze komen tevoorschijn als gigantische steden gezien vanuit een rode-ogen-vlucht. We weten zeker dat er een enorme hoeveelheid donkere materie in die structuren zit, aangezien je veel zwaartekracht nodig hebt om zoveel sterrenstelsels samen te voegen..

En aan de andere kant van het spectrum kunnen we de leegtes gemakkelijk zien; het zijn de plaatsen waar niet alles er toe doet. Omdat er geen sterrenstelsels zijn om deze ruimtes te verlichten, weten we dat ze over het algemeen echt leeg zijn.

Maar de grootsheid van het kosmische web ligt in de delicate lijnen van de filamenten zelf. Deze dunne ranken van sterrenstelsels strekken zich uit over miljoenen lichtjaren en gedragen zich als grote kosmische snelwegen die zwarte leegten doorkruisen en heldere stedelijke clusters met elkaar verbinden.

Door een vage lens

Die filamenten in het kosmische web zijn het moeilijkste deel van het web om te bestuderen. Ze hebben een aantal sterrenstelsels, maar niet veel. En ze hebben allerlei lengtes en oriëntaties; ter vergelijking: de clusters en holtes zijn geometrisch kinderspel. Dus hoewel we het bestaan ​​van filamenten kennen, door computersimulaties, hebben we het al decennia lang moeilijk gehad om ze te zien..

Onlangs heeft een team van astronomen echter grote vooruitgang geboekt bij het in kaart brengen van ons kosmische web en hun resultaten op 29 januari gepubliceerd in de arXiv-database. Hier is hoe ze zaken gingen doen:

Eerst namen ze een catalogus van zogenaamde lichtgevende rode sterrenstelsels (LRG's) van de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) -enquête. LRG's zijn enorme beesten van sterrenstelsels, en ze zitten meestal in de centra van dichte klodders donkere materie. En als de LRG's in de dichtste gebieden zitten, moeten de lijnen die ze verbinden gemaakt zijn van de meer delicate filamenten.

Maar staren naar de ruimte tussen twee LRG's zal niet productief zijn; er is daar niet veel. Dus nam het team duizenden paren LRG's, lijnde ze opnieuw uit en stapelde ze op elkaar om een ​​samengesteld beeld te maken.

Met behulp van deze gestapelde afbeelding telden de wetenschappers alle sterrenstelsels die ze konden zien, waarbij ze hun totale lichtbijdrage optelden. Hierdoor konden onderzoekers meten hoeveel normale materie de filamenten tussen de LRG's vormde. Vervolgens keken de onderzoekers naar de sterrenstelsels achter de filamenten, en specifiek naar hun vormen.

Toen het licht van die achtergrondstelsels de tussenliggende filamenten doorboorde, stootte de zwaartekracht van de donkere materie in die filamenten het licht zachtjes aan, waardoor de beelden van die melkwegstelsels enigszins verschoven. Door de hoeveelheid verschuiving te meten (door de wetenschappers "shear" genoemd), kon het team de hoeveelheid donkere materie in de filamenten schatten.

Die maat kwam overeen met theoretische voorspellingen (een ander punt voor het bestaan ​​van donkere materie). De wetenschappers bevestigden ook dat de filamenten niet helemaal donker waren. Voor elke 351 massa van de zon in de filamenten, was er 1 zon aan lichtopbrengst. 

Het is een ruwe kaart van de filamenten, maar het is de eerste, en het laat zeker zien dat hoewel ons kosmische web grotendeels donker is, het niet helemaal zwart is.. 

Paul M.Sutter is astrofysicus bij SUNY Stony Brook en het Flatiron Institute, gastheer van Ask a Spaceman en Space Radio, en auteur van Your Place in the Universe.

• De grootste onbeantwoorde vragen in de natuurkunde
• Wat is dat? Uw natuurkundige vragen beantwoord
• Kosmische recordhouders: de 12 grootste objecten in het universum

Oorspronkelijk gepubliceerd op .