Havaittu kosminen säie sisältää niin sanottua lämmintä kuumaa galaksienvälistä kaasua, jonka simulaatiot ennustivat jo yli kaksikymmentä vuotta sitten. Kuuma kaasu sijaitsee 23 miljoonaan valovuoden pituisessa säikeessä, on yli kymmenen miljoonaa astetta kuumaa ja saattaa olla niin sanottua kadonnutta tavallista ainetta.
– Kadonneen aineen ongelma on iso kosmologinen kysymys, sillä noin puolet tavallisesta aineesta on pitkään jäänyt havaitsematta. Reilut 95 % maailmankaikkeudesta on pimeää ainetta ja energiaa, joista ei tiedetä käytännössä mitään, ja vain jäljellä olevat 5 %:a aineesta on tavallista ainetta, josta tähdet, planeetat ja me ihmiset olemme tehdyt, tutkijaryhmään kuulunut tutkijatohtori Toni Tuominen Helsingin yliopistosta taustoittaa.
– Mutta myös tästä tavallisesta aineesta puolet on ollut kadoksissa. Sen uskottiin koostuvan kosmisissa säikeissä sijaitsevasta harvasta kaasusta, ja nyt meidän havaintomme on vahvimpia todisteita sen olemassaolosta.
Tutkimusryhmä käytti kahta röntgenteleskooppia: japanilaista Suzakua ja eurooppalaista XMM-Newtonia. Alankomaalaisten johtamaan tutkimusryhmään kuului jäseniä Leidenin observatoriosta (Alankomaat), Bonnin yliopistosta (Saksa), Helsingin yliopistosta (Suomi) ja Paris-Saclayn yliopistosta (Ranska).
Havaintojen avulla tutkijat voivat ymmärtää paremmin, miten maailmankaikkeuden suurimmat rakenteet liittyvät toisiinsa. Havainnot julkaistiin vastikään Astronomy and Astrophysics -lehdessä.
Neljän galaksijoukon kosminen säie
Tähtitieteilijät analysoivat säiettä, joka yhdistää neljää galaksijoukkoa: A3532 ja A3530 toisella puolella ja A3528-N ja A3528-S toisella puolella. Ryhmät ovat osa Shapleyn superjoukkoa, joka on suuri, yli 8000 galaksin kokoelma ja sijaitsee noin 650 miljoonan valovuoden päässä Maasta Centauruksen tähdistössä.
Analyysi paljastaa, että säie koostuu pääasiassa vapaista elektroneista ja protoneista, joiden lämpötila on yli 10 miljoonaa celsiusastetta. Tiheys on noin 10 hiukkasta kuutiometrissä. Se on 30–40 kertaa suurempi kuin maailmankaikkeuden keskimääräinen tiheys, mutta noin 10 miljoonaa kertaa matalampi kuin laboratoriossa mitattu matalin tyhjiö. Kaikkiaan säikeessä on 1,2 x 10^13 auringon massaa kuumaa kaasua eli 10 kertaa Linnunradan massa.
Menetelmien tyylikäs yhdistelmä
Kuumaa kaasua on havaittu säikeistä aiemminkin, mutta ensimmäistä kertaa sen ominaisuudet määriteltiin tarkalla spektroskooppisella analyysillä ilman merkittävää mustien aukkojen ja galaksien aiheuttamaa kontaminaatiota. Kontaminaation poistamiseksi tutkimusryhmä käytti menetelmien yhdistelmää, jossa he ensin määrittivät optisten havaintojen avulla säikeen pituuden ja suunnan taivaalla, ja sen jälkeen saivat japanilaisen Suzaku-röntgenteleskoopin avulla spektrin koko alueesta.
Tämän jälkeen he käyttivät eurooppalaisen XMM-Newton-teleskoopin tietoja mallintaakseen tuloksia häiritsevät mustat aukot ja kumotakseen niiden vaikutukset. Lopulta he pystyivät eristämään säikeen spektrin, jonka avulla he pystyivät määrittämään sen tiheyden ja lämpötilan.
Varhaiset havainnot eivät vastanneet simulaatioita
Kosmologinen standardimalli ennustaa, että noin 30–40:a prosenttia normaalista aineesta on vaikea havaita teleskoopeilla. Suuren mittakaavan kosmologiset simulaatiot osoittavat, että tämä aine saattaa olla piilossa valtavissa kosmisissa kaasusäikeissä, jotka yhdistävät galaksijoukkoja.
Aikaisemmin tähtitieteilijät yrittivät ”pinota” havaintoja useista säikeistä, jotta näiden kaasun heikko signaali nousisi esiin kohinasta. Nämä pinotut havainnot eivät kuitenkaan täysin vastanneet kosmologisen standardimallin ennusteita.
– Emme odottaneet, että uusi menetelmämme eristäisi puuttuvien baryonien signaalin näin tehokkaasti, sanoo tutkimusta johtanut tutkijatohtori Konstantinos Migkas Leidenin observatoriosta ja Alankomaiden avaruustutkimuskeskuksesta (Space Research Organisation Netherlands).
– Tutkimuksemme osoitti, että kosmisten säikeiden ominaisuudet ovat sittenkin sopusoinnussa simulaatioiden kanssa - kosmologiset simulaatiot olivat koko ajan oikeassa. Se on suuri palkinto, Migkas toteaa.
Alkuperäinen artikkeli:
K. Migkas, F. Pacaud, T. Tuominen & N. Aghanim. Detection of pure warm-hot intergalactic medium emission from a 7.2 Mpc long filament in the Shapley supercluster using X-ray spectroscopy. Astronomy & Astrophysics, 19 June 2025. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202554944