von THOMAS BÜHRKE
Das Weltbild hat im vergangenen Jahrzehnt mit dem Standardmodell der Kosmologie eine erstaunliche Präzision erreicht. Bedeutende Größen wie das Weltalter oder die Ausdehnungsrate des Universums sind bis auf wenige Prozent genau bekannt. Dieses Modell ist aber nur dann in sich stimmig, wenn man annimmt, dass 95 Prozent der gesamten Energiedichte aus einer geheimnisvollen Dunklen Materie und Dunklen Energie bestehen (bdw 12/2023, „Kosmologie im Härtetest“). Über diese beiden Hauptakteure im Universum ist wenig bekannt. Doch was wissen wir eigentlich über die restlichen fünf Prozent im komischen Inventar: die sogenannte baryonische Materie?
Baryonen sind Teilchen aus drei Quarks. Zu ihnen gehören besonders Protonen und Neutronen. Daraus besteht die uns vertraute „normale“ Materie. Sie bildet die Sterne und Planeten sowie auch uns Menschen.
Nur rund sieben Prozent der gesamten baryonischen Materie im All entfallen auf die Sterne. Kaltes und warmes intergalaktisches Gas zwischen den Galaxien macht den weitaus größten Teil aus. Doch wenn man alle bekannten Komponenten zusammenzählt, kommt man nicht auf die erforderliche Gesamtmasse. Es gibt einen ganz erheblichen Mangel von 30 bis 40 Prozent. Seit Jahrzehnten ist dieses Problem der „fehlenden baryonischen Materie“ bekannt. Wo versteckt sie sich?
Kosmische Stichprobe
Einen Verdacht haben die Astronomen schon länger. Galaxien sammeln sich in Gruppen und Haufen unterschiedlicher Größe. Diese wiederum bilden gewaltige Supergalaxienhaufen, die eine blasenartige Struktur aus Fäden und Wänden formen und große Leerräume umschließen, ähnlich wie ein Schwamm (bdw 6/2024, „Der vermessene Himmel“). Galaxien und Galaxienhaufen bilden ein riesiges kosmisches Netzwerk. In dessen Leerräumen, so die Vermutung, könnte die fehlende baryonische Materie stecken: als intergalaktisches Gas zwischen den Galaxienhaufen.
Es lässt sich allerdings nur schwer nachweisen. Zum einen muss seine Dichte sehr gering sein, zum anderen ist es 100.000 bis 10 Millionen Grad heiß, sodass es nur im Ultraviolett- und Röntgenbereich strahlt. Um das zu messen, sind Weltraumteleskope nötig.
Vor sechs Jahren gelang einem Team um Fabrizio Nicastro vom Astronomischen Observatorium in Rom ein erster Nachweis dieses intergalaktischen Gases mit einem Trick. Mit dem europäischen Weltraumteleskop XMM-Newton untersuchte es das Licht eines Quasars. Quasare sind leuchtkräftige Zentren von Galaxien, die auch Röntgenstrahlung aussenden. In den spektroskopischen Daten zeigten sich „Fingerabdrücke“ von heißem, intergalaktischem Gas, welches das Quasarlicht auf dem Weg zu uns durchquert hatte. Um diesen feinen, etwa 600.000 Grad heißen „Nebel“ aufspüren zu können, musste das Teleskop insgesamt 18 Tage lang auf den Quasar ausgerichtet werden. Dies war die bis dahin längste Beobachtung eines einzelnen Objekts.
