Galaxer kastar ut materia mer våldsamt än väntat
En ny analys visar att supermassiva svarta hål i galaxer slungar ut baryonisk materia långt mer aggressivt än man tidigare trott, vilket förklarar den länge saknade kosmiska gasen. Forskare vid University of California, Berkeley kombinerade observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden för att kartlägga hur denna vanliga materia avviker från mörk materia. Resultaten belyser det mäktiga svaret hos svarta hål i att forma universums massfördelning.
I åratal har kosmologer grubblat över var baryonisk materia, den vanliga substansen gjord av partiklar som protoner och neutroner som bildar stjärnar, planeter och gas, befinner sig. Medan mörk materia dominerar universum verkade baryoner delvis frånvarande, med endast några procent låsta i stjärnor och resten som diffus, svårupptäckt gas.
Boryana Hadzhiyska vid University of California, Berkeley, och hennes team tog itu med detta genom att analysera den kosmiska mikrovågsbakgrunden – efterglöden från big bang. De undersökte hur baryonisk materia kastar skuggor på denna strålning och hur gravitationsfält från massiva objekt förvränger den. Detta gjorde det möjligt för dem att lokalisera var baryonisk materia klamrar sig fast vid mörk materiahalos och var den separerar, både inne i galaxer och över intergalaktiskt rum.
Resultaten visar att baryonisk materia är mer utspridd än mörk materia, vilket tyder på att supermassiva svarta hål i galaxcentrums kastar ut den med oväntat våld. "Materia består av mörk materia, som är den dominerande komponenten, och baryonisk materia eller, i princip, gas. För den gasen är endast cirka några procent i form av stjärnor, och resten i form av diffus gas," förklarade Hadzhiyska.
Experter hyllar arbetet för att klargöra svarta håls inflytanden. "Att förstå exakt hur denna process sker och hur stark den är, så hur mycket av materian som faktiskt kan kastas ut från en given galax har [hittills] förblivit extremt osäker," sade Colin Hill vid Columbia University. "Det ger oss en kompletterande sond för att förstå rollen för supermassiva svarta hål i att flytta gas runt galaxer," tillade Alex Krolewski vid University of Waterloo.
Dessa insikter kan lösa debatter om universums klumpighet, där gravitationen samlar materia. Teamet planerar att integrera mer data, som snabba radiopulser som passerar genom gasen. "En ännu bättre 'baryoncensus' med färre osäkerheter är fortfarande nödvändig," noterade Michael Shull vid University of Colorado Boulder. Hadzhiyska hoppas att det kanske kan avslöja avvikelser från standardkosmologin, särskilt i mörk materiets beteende. Studien publiceras i Physical Review D (DOI: 10.1103/kclp-x5j1) och arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2507.14136).