Kosmista "saippuavaahtoa"

Mustat aukot sysivät ainetta universumin tyhjiin onkaloihin

Maailmankaikkeus muistuttaa rakenteeltaan saippuavaahtoa. Galaksit ja niiden muodostamat joukot ovat ryhmittyneet valtaviksi rihmoiksi ja seinämiksi, joiden välit ovat tyhjää täynnä. Tai niin on kuviteltu.

Uuden tutkimuksen mukaan vaahdossa olevia "kuplia" vastaavilla tyhjinä  pidetyillä alueilla onkin paljon ainetta, jopa viidennes kaikesta maailmankaikkeuden "tavallisesta" eli näkyvästä aineesta. Galaksien osuus universumin ainesisällöstä olisikin ainoastaan 1/500.   

Nykykäsityksen mukaan tätä tavallista ainetta olisi koko maailmankaikkeudesta ainoastaan 4,9 prosenttia, kun pimeän aineen osuus olisi 26,8 prosenttia ja pimeän energian, joka saa maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymään, 68,3 prosenttia.

Markus Haiderin johtama ryhmä on tarkastellut maailmankaikkeuden rakennetta sekä massan jakaumaa Illustris-simulaatiolla, jossa lasketaan suurella tarkkuudella galaksien syntyä ja kehitystä.

Simulaatio kuvaa kuutionmuotoista avaruuden aluetta, jonka yhdellä sivulla on mittaa noin 350 miljoonaa valovuotta. Alkupisteenä on 12 miljoonan vuoden ikäinen maailmankaikkeus, jonka massan – sekä tavallisen että pimeän aineen – ja gravitaation vuorovaikutusta seurataan laskennallisesti tähän päivään saakka.

Tutkijoiden mukaan noin puolet maailmankaikkeuden kokonaismassasta on alueilla, joille galaksit sijoittuvat, mutta ne muodostavat kokonaistilavuudesta ainoastaan 0,2 prosenttia. 44 prosenttia massasta on galakseja ympäröivien rihmojen verkostossa. 

Universumin tyhjät onkalot vievät kokonaistilavuudesta peräti 80 prosenttia, mutta niissä olevan massan osuus on ainoastaan kuusi prosenttia. Yllätys oli se, että tavallisesta aineesta jopa viidennes, noin 20 prosenttia, on kulkeutunut näihin tyhjinä pidettyihin onkaloihin. 

Syypäänä tähän kosmiseen "siivoukseen" pidetään supermassiivisia mustia aukkoja, jotka piileskelevät galaksien keskustoissa. Osa niihin syöksyvästä aineesta muuttuu energiaksi, joka saa ympäröivän kaasun kiivaaseen liikkeeseen.

Ainevirtaukset ulottuvat satojentuhansien valovuosien etäisyydelle mustista aukoista eli kauas galaksien ulkopuolelle. Lopulta kaasu päätyy galaksijoukkojen välillä oleviin onkaloihin, piiloon maailmankaikkeuden rakennetta selvitteleviltä tutkijoilta. 

Ongelmana on se, että onkaloihin kertynyt aine on hyvin harvaa ja äärimmäisen kylmää, joten se ei juurikaan säteile. Siksi sitä on hyvin vaikea havaita. Eikä sitä nytkään ole siis havaittu: arviot aineen määrästä perustuvat ainoastaan tietokonesimulaatioon.

Tutkimuksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja se on julkaistu seuran Monthly Notices -tiedelehdessä.

Kuva: Markus Haider/Illustris collaboration