Wie organisieren sich die Milliarden von Galaxien im Universum? Während der Nachthimmel den Eindruck einer zufälligen Verstreuung vermittelt, lenkt in Wirklichkeit ein unsichtbares riesiges Gerüst ihre Verteilung. Diese von theoretischen Modellen vorhergesagte Struktur verbindet Galaxienhaufen durch lange Filamente und erinnert an die Maschen eines Spinnennetzes im kosmischen Maßstab.
In der Region der Großen-Bären-Supergruppe haben Astronomen eine lineare Anordnung von Galaxien entdeckt, die sich über fast vier Millionen Lichtjahre erstreckt. Diese Entdeckung, ermöglicht durch die Empfindlichkeit des chinesischen Radioteleskops FAST, wurde in einem Preprint auf
arXiv geteilt. Sie entspricht einem dünnen Filament, einer Art kosmischem Pfad, auf dem sich Materie unter dem dominierenden Einfluss der Dunklen Materie sammelt – dieser unsichtbaren Komponente des Universums, von der man nur die gravitativen Effekte wahrnimmt.
Auf diesem Bild: Das diffuse Gas (gelb bis violett) im kosmischen Filament, das zwei Galaxien verbindet und sich über eine weite Distanz von 3 Millionen Lichtjahren erstreckt.
Bildnachweis: Davide Tornotti/Università di Milano-Bicocca Diese Filamente sind keine einfachen visuellen Ausrichtungen. Sie fungieren als kosmische Autobahnen, die interstellares Gas kanalisieren, das als Treibstoff für die Stern- und Galaxienbildung dient. Die Dunkle Materie wirkt mit ihrer Gravitationskraft wie ein riesiger Magnet innerhalb dieser Strukturen, zieht gewöhnliche Materie an und leitet die Geburt von Galaxien ein. Diese Beobachtung zeigt somit, wie das Universum seine eigene Entwicklung im großen Maßstab aktiv steuert.
Die Fähigkeit, solche dünnen Filamente zu entdecken, markiert einen bedeutenden Fortschritt in der beobachtenden Astronomie. Instrumente wie das Radioteleskop FAST ermöglichen es nun, Regionen des Kosmos zu erforschen, in denen das Licht sehr schwach ist. Durch das Studium der Radioemission von neutralem Wasserstoff können Forscher die Verteilung und Bewegung der gasförmigen Materie kartieren und die verborgene Geometrie dieser fadenförmigen Strukturen enthüllen.
Diese Entdeckung lüftet den Schleier über die Prozesse der Galaxienbildung. Galaxien entlang eines Filaments scheinen eine gemeinsame Geschichte zu teilen, beeinflusst von derselben gravitativen Umgebung. Sie können sich so synchronisiert entwickeln, wachsen oder im Laufe der Zeit sogar verschmelzen. Das Verständnis dieser Dynamiken trägt dazu bei, das Szenario nachzuvollziehen, das das Universum vom Urknall bis zu seiner heutigen Struktur als kosmisches Netz geformt hat.
Die Forschung geht weiter, um andere ähnliche Filamente zu identifizieren und ihre physikalischen Eigenschaften genauer zu vermessen.
Eine Simulation einer riesigen Region des Kosmos, erstellt mit einem Supercomputer und basierend auf dem Standardmodell der Kosmologie.
Bildnachweis: Alejandro Benitez-Llambay/MPA/Università di Milano-Bicocca Radioastronomie: Dem Wasserstoff des Universums lauschen
Die Entdeckung dünner Filamente beruht oft auf der Radioastronomie, einer Technik, die die von Himmelsobjekten ausgesendeten Radiowellen einfängt. Im Gegensatz zum sichtbaren Licht durchdringen diese Wellen Staubwolken leichter und können kalte, diffuse Regionen enthüllen, wie die riesigen Reservoire aus neutralem Wasserstoffgas.
Das Wasserstoffatom, das häufigste Element im Universum, emittiert eine sehr spezifische Radiowelle mit einer Wellenlänge von 21 Zentimetern. Indem sie ein Radioteleskop wie FAST auf eine Himmelsregion richten, können Astronomen dieses Signal erfassen. Seine Intensität und seine Rotverschiebung geben Aufschluss über die Menge des vorhandenen Wasserstoffs und die Entfernung, in der er sich befindet.
Durch die Kartierung dieser Emission über große Himmelsbereiche wird es möglich, die räumliche Verteilung des Gases zu rekonstruieren. Die Ausrichtungen und Gasansammlungen verraten dann die Präsenz von filamentären Strukturen, selbst wenn die zugehörigen Galaxien wenige oder wenig leuchtstark sind. Diese Methode ermöglicht es so, das gasförmige Skelett des kosmischen Netzes zu 'sehen'.
Der Vorteil dieses Ansatzes ist seine Empfindlichkeit für sehr dünne Umgebungen, genau dort, wo die feinsten Filamente liegen. Sie ergänzt Beobachtungen im sichtbaren Licht oder in Röntgenstrahlen, die effektiver für die Untersuchung dichter Galaxienhaufen sind. Gemeinsam bieten diese Techniken einen vollständigeren Blick auf die Architektur des Universums.
Quelle: arXiv