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 8.000 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 10 miljoen graden Celsius. Er zijn ongeveer 10 deeltjes per kubieke meter. Dat is 30 tot 40 keer meer dan de gemiddelde dichtheid van het heelal. In totaal is het filament goed voor 1,2 x 10^13 zonsmassa's aan heet gas, oftewel 10 keer 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 ervan bepaald konden worden met een nauwkeurige spectroscopische analyse, 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 missende normale materie
Volgens waarnemingen ontbreekt een groot deel van de inhoud van het heelal. Sterrenkundigen lossen dit deels op met de zogeheten donkere materie om de te snelle rotatiesnelheid van sterrenstelsels te verklaren. En donkere energie is ingevoerd om de toenemende uitdijingssnelheid van het heelal te verklaren. Maar zelfs met donkere materie en donkere energie erbij mist 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 die clusters van sterrenstelsels met elkaar verbinden.
Vroege waarnemingen strookten niet met simulaties
Eerder probeerden sterrenkundigen de waarnemingen van hele verzamelingen van filamenten te 'stapelen' om de 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 de ontbrekende baryonen zo duidelijk naar boven zou brengen," zegt onderzoeksleider Konstantinos Migkas, een Oort-postdoc bij de Sterrewacht Leiden en SRON (Space Research Organisation Netherlands). "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 team, dat bestaat uit onderzoekers van de Universiteit van Bonn (Duitsland), de Universiteit van Helsinki (Finland) en de Universiteit van Parijs-Saclay (Frankrijk), kan het onderzoek de weg bereiden voor toekomstige onderzoeken waarbij op vergelijkbare plaatsen in het heelal wordt gezocht naar filamenten en hun eigenschappen. Daardoor gaan onderzoekers beter begrijpen hoe de grootste structuren in het heelal met elkaar verbonden zijn.
Wetenschappelijk artikel
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. [origineel (open access, beschikbaar na 19 juni) | preprint (pdf)]
Warm intergalactisch medium blootgelegd. Een samengesteld beeld gebaseerd op röntgengegevens van de ruimtetelescopen JAXA Suzaku en ESA XMM-Newton. Het filament met warm intergalactisch medium is zichtbaar als een paarse lappendeken tussen de bovenste twee clusters van sterrenstelsels (gele stippen) en de onderste twee clusters (gele en rode stippen). De gaten in de paarse lappendeken zijn plaatsen waar de röntgenstraling van zwarte gaten het filament overschaduwt. Ze zijn weggestreept om zo het filament bloot te leggen. (c) Migkas et al. [hoge resolutie]