Astronomen finden die fehlende gewöhnliche Materie in riesigen Gashüllen

Seit Jahrzehnten geht die Bilanz des Universums nicht auf. Messungen des jungen Kosmos zeigen, dass gewöhnliche Materie – die Baryonen, aus denen Protonen, Neutronen und alles daraus Gebaute bestehen – kurz nach dem Urknall etwa 17 Prozent aller Materie ausmachte. Zählt man alle heute sichtbaren Sterne, Galaxien und leuchtenden Wolken zusammen, kommt man nur auf rund ein Zehntel davon. Der Rest musste irgendwo da draußen sein, so dünn verteilt – in der Größenordnung eines einzigen Protons pro Kubikmeter –, dass ihn kein Teleskop ablichten kann.

Ein Team unter Leitung des MIT hat nun kartiert, wo ein großer Teil davon steckt, und die Antwort fällt seltsamer aus, als die Modelle es vorsahen. In den „Physical Review Letters" beschreiben Mitglieder der CHIME/FRB-Kollaboration riesige, hauchdünne Gashüllen, die Millionen Lichtjahre weit aus Galaxiengruppen hinausreichen – weit über die Nachbarschaft hinaus, die Simulationen ihnen zugewiesen hatten.

Kosmische Blitze als Maßstab

Die Messung stützt sich auf schnelle Radioblitze, Millisekunden kurze Radiowellen-Ausbrüche aus fernen Galaxien, erstmals 2007 nachgewiesen. Über ihren Ursprung wird noch gestritten, ihr Verhalten unterwegs ist dagegen gut verstanden: Durchquert ein Blitz Materie, wird sein Signal zeitlich auseinandergezogen, und das Ausmaß dieser Verschmierung wächst mit der Menge des durchquerten Stoffs. „Wir können diese Verschmierung sehr präzise messen", sagt Erstautor Haochen Wang, Doktorand am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des MIT.

Frühere Arbeiten hatten mit diesem Effekt überhaupt erst bestätigt, dass zwischen den Galaxien dünnes Gas liegt. Neu ist der geometrische Schritt. Das Team verknüpfte Tausende Blitzmessungen von CHIME – einem Radioteleskop in British Columbia, das den gesamten Nordhimmel abtastet – mit den Positionen von Millionen Galaxien aus der Durchmusterung des Dark Energy Spectroscopic Instrument. Wo Galaxien sich häufen, verschmieren die Blitze stärker; aus dem Muster dieses Überschusses lässt sich die Form des unsichtbaren Gases ablesen, nicht nur seine Existenz.

Diese Form fiel unerwartet weitläufig aus. Eine Galaxie misst einige hunderttausend Lichtjahre, das zugehörige Material fanden die Forschenden bis in etwa vier Millionen Lichtjahre Entfernung. „Das ist deutlich weiter, als die Simulationen vorhersagen", sagt Co-Autor Kiyoshi Masui, außerordentlicher Professor für Physik am MIT.

Die Erklärung weist auf die Galaxien selbst zurück. Um Gas so weit hinauszuschleudern, müssen die Jets supermassereicher Schwarzer Löcher und die Druckwellen explodierender Sterne erheblich energiereicher sein als angenommen – Galaxien verhalten sich weniger wie ordentliche Speicher als wie Springbrunnen. Das Standardbild der Kosmologie kippt damit nicht: Die fehlenden Baryonen versteckten sich offenbar genau dort, wo ein unterschätzter Prozess sie hinbefördert hätte. Und die Methode wird von allein schärfer – jeder neue Radioblitz, den CHIME registriert, ist eine weitere Sonde für den Raum dazwischen.