Simulaatio galaksien välisen avaruuden kaasusäikeistä. Kuva: Nasa
Simulaatio galaksien välisen avaruuden kaasusäikeistä. Kuva: Nasa

Miljardien vuosien saatossa nuoret kvasaarit ovat suihkunneet maailmankaikkeuden täyteen kuumaa seitinohutta atomirihmaa.

Tähtitieteilijät ovat keksineet vastauksen arvoitukseen, missä liki puolet aineesta piileksii.

Nyt ei puhuta pimeästä aineesta saati pimeästä energiasta, joita kosmologisten teorioiden mukaan pitäisi olla maailmankaikkeuden massaenergiasta peräti noin 95 prosenttia. Kyse on siitä tavallisesta aineesta, josta koostuvat tähdet, planeetat, kivet, eläimet ja me itse.

Tavallinen aine on enimmäkseen protoneita ja neutroneita sekä näistä muodostuvia atomeita. Kaiken järjen mukaan atomeiden pitäisi olla kasaantuneina galaksien tähtiin, planeetoihin ja mustiin aukkoihin.

Lähiavaruudessa tehtyjen astronomisten havaintojen mukaan näissä massakeskittymissä on kuitenkin ainetta vain noin 60 prosenttia siitä, mitä pitäisi olla, ja loput noin 40 prosenttia on teillä tietymättömillä.

”Pitäisi olla” viittaa siihen, että kun katsotaan putkilla hyvin kauas eli varhaiseen maailmankaikkeuteen, tämä puuttuva aine on siellä massakeskittymissään.

Looginen ratkaisu puuttuvan aineen ongelmaan on se, että galaksit ja kvasaarit ovat vuosimiljardien saatossa pyörteissään ja myrskyissään syösseet osan aineesta galaksien väliseen avaruuteen. Siellä se olisi jonkinlaisina kuumina rihmoina. Tätä oletettua kaasua on kutsuttu nimellä whim (warm-hot intergalactic medium).

Kvasaari on teini-ikäisen galaksin keskustassa riehuva musta aukko, joka imee valtavalla massallaan lähiavaruuden ainetta itseensä. Mustaa aukkoa ympäröivässä pyörteessä kaikki aine ei puristu mustan aukon sisään vaan sinkoaa avaruuteen.

Nämä suihkuvirtaukset lähtevät liki valon nopeudella, ja tässä vauhdissa aine säteilee valtavasti energiaa. Se selittää kvasaarien kirkkauden.

Whim-teorian todentaminen on ollut vaikeaa. Galaksit ja kvasaarit näkyvät kyllä hyvin, mutta on liki mahdotonta havaita niiden tyhjyyteen ruiskimaa ainepulveria. Galaksien välisessä avaruudessa painovoima on olematon, ja kaasurihma on hyvin harvaa.

Kaasuatomit ovat väistämättä kuumia ja nopeita. Niiden lähtönopeuden on täytynyt olla valtava, jotta ne ylipäätään ovat päässeet karkuun mustan aukon ja galaksin painovoimasta.

Ja kun ne kerran pääsevät galaksienväliseen avaruuteen, ne eivät siitä juuri viilene tai hidastu, koska hillittömässä väljyydessä ne eivät törmää mihinkään, tuskin edes toisiinsa.

Whim-kaasun kuumuus saa aikaan sen, että maailmankaikkeuden yleisin atomi vety on yleensä ionisoituneessa muodossa. Se on siis pudottanut ainoan elektroninsa pois.

Galaksien välistä whim-kaasua on yritetty kiivaasti jäljittää, mutta laihoin tuloksin. Syy on luultavasti juuri elektronien putoaminen vilkkaan whim-hiukkasen kyydistä.

Tämä kesänä kansainvälinen tutkijaryhmä ilmoitti Naturessa löytäneensä whim-pölyä. He katsovat todistaneensa, että puuttuvan aineen arvoitus on nyt ratkaistu: 40 prosenttia aineesta on galaksien välisessä avaruudessa.

Tutkijat analysoivat valon kulkua kaukaisen kvasaarin 1ES 1553+113 ja meidän välillä. Tarkemmin sanoen he havainnoivat matkalla tapahtuneita spektrimuutoksia. Havainnot tehtiin Euroopan avaruusjärjestön Esan XXM-Newton avaruusteleskoopilla.

Koska vety ei tässä tarkoituksessa toimi, tutkijat tekivät löytönsä hapesta.

Whimin kova meno pudottaa happiatomistakin elektronit, mutta kun niitä on alkujaan kahdeksan, jotkin voivat sinnitellä mukana.

Kvasaarista matkannut suihku kohtasi matkallaan happiatomeita, joita kiersi kaksi elektronia, ja tämä riitti siihen, että galaksien välinen happi voitiin havaita spektrissä.

”Löysimme puuttuvat baryonit”, astrofyysikko Michael Shull Coloradon yliopistosta sanoo tiedotteessa.

Baryoni on yleisimmin protoni tai neutroni, joista atomien ytimet koostuvat. Maailmankaikkeuden ainesosasten kokonaismassasta puhuttaessa baryoni on käytännössä synonyymi tavalliselle aineelle.