Þegar stjarnfræðingar horfa út í alheim gegnum sjónauka sína geta þeir séð milljarða af stjörnuþokum með stjörnum, plánetum og ólgandi gasskýjum. Milli stjörnuþokanna er að finna stór gasský.
En það er eitthvað sem vantar.
Það sem stjarnfræðingarnir geta séð stendur einungis fyrir ríflega helmingi af öllu því sýnilega efni sem alheimur ætti að innihalda.
Samkvæmt kenningum stjarneðlisfræðinga samanstendur alheimur af 27% hulduefni sem heldur stjörnuþokum saman, 68% hulduorku sem hraðar útþenslu alheims, og 5% er sýnilegt efni. Þrátt fyrir áratuga leit með geimsjónaukum, skynjurum og öreindahröðlum geta vísindamenn samt ekki fundið þesar hulduöreindir.
Þeir geta heldur ekki gert grein fyrir því hvaðan hulduorka er komin. Og nú geta þeir ekki heldur fundið tæplega 40% af því sýnilega efni sem annars ætti að blasa við.
Allt í allt hafa vísindamenn því til þessa einungis geta gert grein fyrir 3% af öllum massa alheims. En nú hefur geimsjónaukinn XNN – Newton kannski fundið þetta horfna efni dulbúið sem ofurheitt gas milli stjörnuþokanna.
Röntgengeislar afhjúpa felustað efnisins
Röntgensjónauki ESA, XNN – Newton, hefur uppgötvað tvö ofurheit gasský sem eru ósýnileg vegna ægilegs hita. Skýin innihalda hluta af efnisskorti alheims og ef svipuð ský er að finna annars staðar gætu þau útskýrt allt efni sem virðist skorta í alheimi.
1. Dulstirni sendir út geislun
Feiknarleg gasský þeytast um ofurþungt svarthol í miðju dulstirnis og skjóta ægilegum geislum af öreindum langt út í geim. Bæði gösin og geislastraumurinn senda frá sér mikið magn af orkuríkri röntgengeislun sem ferðast í gegnum alheim.
2. Gasský fangar geisla
Á leiðinni í gegnum geiminn hefur geislunin rekist á tvö ógnarheit gasský milli stjörnuþoka. Ildi í skýjunum hefur tekið til sín bylgjulengdir af röntgengeislun með því að senda tvær af rafeindum sínum upp í hærra orkuástand.
3. Sjónauki sér boðin
Þegar geislunin frá dulstirninu nær til geimsjónaukans XNN – Newton bera þau vitni um skort á bylgjulengdum í rófinu sem sýna að geislunin hefur farið í gegnum ildi. Út frá magni þess í skýjunum hafa vísindamenn einnig reiknað út hve mikið af öðru efni þau innihalda.
Efni hverfur frá stjörnuþokum
Stjarnfræðingar eru vissir um að þetta sýnilega efni sé til staðar. Vísindamenn hafa nefnilega séð allt efnið í örbylgjukliðnum sem spratt fram 380.000 árum eftir Miklahvell og virkar eins og skyndimynd af nýfæddum alheimi.
COBE – gervihnöttur NASA framkvæmdi fyrstu athuganir af örbylgjukliðnum árið 1992, og árið 2013 mældi Planck – gervihnötturinn hitastigsfrávik í örbylgjukliðnum með mikilli nákvæmni.
Agnarlítil hitastigsfrávik í örbylgjukliðnum afhjúpa dreifingu massans í ungum alheimi og út frá þeim hafa vísindamenn reiknað út að 5% massans í alheimi samanstandi af sýnilegu efni. Magn þetta stemmir nákvæmlega við forsagnir kenninga sem tengjast Miklahvelli um hve mörg atóm af vetni, helíum og litíum mynduðust eftir frumsprenginguna.
Stjarnfræðingar geta einnig ennþá séð næstum allt efnið þegar þeir skoða gamlar stjörnuþokur og gasský frá fyrstu fimm milljörðum eftir Miklahvell. En á næstu níu milljörðum ára hefur massi sem samsvarar minnst 500 milljörðum stjörnuþoka horfið.
Í dag innihalda 200 milljarða stjörnuþoka alheims einungis 14% af sýnilegum massa í formi stjarna, pláneta og gass. Restin hlýtur því að vera á milli stjörnuþokanna, en þar geta vísindamenn einungis séð um 47% af efninu.
Vísindamenn geta ekki fundið 40% af 5% sýnilegu efni alheimsins.
Fræðimenn vita að lykillinn að skilningi á þessum horfna massa felst í þróun stjörnuþokanna.
Þær stjörnuþokur sem komu fram á fyrstu fimm milljörðum ára eftir Miklahvell voru 10 – 20 sinnum skilvirkari við að umbreyta gasskýjum í stjörnur heldur en stjörnuþokur nútímans. Efnið hélst þannig inni í stjörnuþokunum sem stjörnur.
Núna eru það einkum tvö ferli sem draga úr stjörnumynduninni og skjóta þess í stað gasi út í tómið milli stjörnuþokanna.
Annað fyrirbæri eru sprengistjörnur. Þegar stjörnurnar springa leysa þær úr læðingi feiknarlega þrýstibylgju sem skjóta mestum hluta massa stjarnanna langt út í geim og stundum alveg út úr stjörnuþokunum.
Í ungum alheimi voru sprengistjörnur fátíðar því að stjörnurnar höfðu ekki enn brunnið út, en núna eru sprengistjörnur mikilvægasti drifkraftur að baki massatapinu í litlum dvergstjörnuþokum.
LESTU EINNIG
Í stórum stjörnuþokum eru langtum öflugari dælur einnig í gangi: ofurþungt svarthol í miðju stjörnuþokanna. Í virkum stjörnuþokum eru holin umlukin miklu magni af gasi sem snýst umhverfis svartholið á leið niður í neindina.
Þessi snúandi gasskífa skapar ægileg segulsvið sem skjóta tveimur straumum öreinda alla leið í gegnum stjörnuþokuna og áfram út í geim.
Varmi gerir efni ósýnilegt
Þrátt fyrir að vísindamenn geti gert grein fyrir hvernig efnið hefur horfið úr stjörnuþokunum, hafa þeir ekki ennþá getað sýnt fram á hvar það endaði. Þeir hafa samt lengi aðhyllst kenningu um að gasstraumarnir sem sprengistjörnur senda langt út í geim dreifist yfir stór svæði og verða að afar þunnu vetnisgasi sem sjónaukar fá ekki greint.
Fræðimenn geta komið auga á köld vetnisský sem liggja eins og stórar bólur milli stjörnuþokanna. Það er tiltölulega auðvelt fyrir sjónauka að greina þetta með aðstoð fjarlægara og öflugara ljósuppspretta eins og virkar stjörnuþokur sem að senda ljós sitt í gegnum vetnisskýin á leið þess til jarðar.
Þegar ljósið fer í gegnum skýin draga vetnisatómin ljóseindir í sig á sérstakri útfjólublárri bylgjulengd sem sendir stakar rafeindir vetnisatóma upp í hærra orkuástand. Þess vegna hverfur bylgjulengdin og afhjúpar gasið.
En aðferð þessi virkar ekki þegar gösin eru ofurheit með hitastig allt að 10 milljón gráður – þá er vetnið í rafgasástandi þar sem rafeindir og róteindir í kjarna atómsins eru aðskilin og atómið getur ekki lengur dregið í sig ljós. Fyrir vikið verður vetnið nánast ósýnilegt.
Hluti af því efni sem vantar gæti verið heitt gas sem safnast í kringum þræðina í kóngulóavef hulduefnis sem tengir stjörnuþokur alheims.
Nú hefur teymi vísindamanna undir forrystu Fabriccio Nicastro frá ítölsku stjarneðlisstofnunni nýtt aðra aðferð til að finna þetta ofurheita gas. Þeir hafa notað röntgensjónauka ESA, XNN – Newton, til að mæla röntgengeislunina frá ofurljóssterkum virkum stjörnuþokum – dulstirnum.
Í stað þess að leita eftir einkennum vetnis hafa vísindamennirnir beint sjónum sínum að ildi sem gasskýin innihalda í litlu magni. Kjarni ildis samanstendur af átta róteindum sem átta rafeindir hringa. Við hitastig sem nemur mörgum milljörðum gráða missir ildið sex af rafeindunum en atómið getur ennþá dregið í sig röntgengeislun með því að senda hinar rafeindirnar tvær upp á hærra orkustig.
Sjónaukinn nam að röntgengeislunin, á sinni fjögurra milljóna ljósára löngu ferð frá dulstirni til jarðar, hefur farið í gegnum glóandi heit gasský milli stjörnuþokanna þar sem ildið hefur tekið í sig tvær af bylgjulengdum geislanna.
Þar sem vísindamenn þekkja sambandið milli ildis og vetnis frá kaldari gasskýjum geta þeir, út frá magni ildis í skýjunum, reiknað út hve mikið vetni þau innihalda og þannig afhjúpað óbeint áður ósýnilegt vetni.
Útreikningarnir benda til að ofurheit gasský innihaldi milli fjórðung af öllu því sýnilega efni sem skortir í alheimi.
Stjörnuþokur innihalda einungis 14% af sýnilegum massa
Allar stjörnuþokur alheims innihalda samanlagt einungis 14% af sýnilegu efni. Stjörnurnar eru helmingur þess, meðan hinn helmingurinn er gös sem eru ekki nægjanlega þétt til að mynda stjörnur.
Restin af sýnilega efninu er dreift í hinu nánast tóma rúmi. 28% efnisins er að finna í köldum gasskýjum sem svífa óvirkar milli stjörnuþokanna þar sem þau eru ekki nægjanlega köld til að fæða stjörnur. 15% er volg gasský milli stjörnuþoka með meira en 100.000 gráðu hitastig sem safnast saman í rosabaugum umhverfis stjörnuþokurnar.
Og þá er tæplega 40% af sýnilegum massa eftir. Fram til þessa hefur hann skort í reikningsskilum alheims en nú telja vísindamenn að hann samanstandi af meira en 10 milljón gráðu heitum gasskýjum sem þeyttust út frá stjörnuþokum og hafa falið sig á milli þeirra, því gasskýin eru of heit til að þau sjáist.
Hér er hið sýnilega efni:
- Um 40% skortir. Geta verið ofurheit gasský milli stjörnuþoka
- 28% köld gasský milli stjörnuþoka
- 15% volg gasský milli stjörnuþoka
- 7% stjörnur í stjörnuþokum
- 5% heit gös í stjörnuþokum
- 4% heit gös í stjörnuþokuþyrpingum
- 1,8% köld gös í stjörnuþokum
Hulduþræðir geta falið efnið
Nú ætla vísindamenn að leita eftir meira af ofurheitu gasi annars staðar í alheimi.
Hluti gassins kann að leynast í formgerð alheims sem líkist þrívíðum köngulóarvefi sem tengir saman stjörnuþokur. Þræðirnir samanstanda af hulduefni sem gæti hafa dregið eitthvað af glóheitu gasinu milli stjörnuþokanna til sín.
Því fleiri gasský sem stjarnfræðingar finna, þess öruggari geta þeir verið um að þeir hafi fundið allt horfna efni alheims.
Þá skortir vísindamennina bara að afhjúpa myrkar öreindir og hulduorkuna sem samanlagt standa fyrir 90% alls massans til að reikningsskilin um alheim gangi upp.
