Erstmals Grundstruktur des Kosmos abgebildet

Sterne gruppieren sich zu Galaxien. Galaxien bilden Galaxienhaufen. Diese formen Superhaufen, zwischen denen sich riesige, weithin leere Bereiche erstrecken, die Voids. Verbunden sind alle Superhaufen durch eine wabenartige Grundstruktur, das „kosmische Netz“, das aus fadenförmigen Gasstrukturen aus Wasserstoff besteht. Dass es diese Filamente geben muss, ist schon länger bekannt. Einerseits kennt man sie aus Simulationen, die auf den Theorien zum Aufbau des Universums basieren und eine derartige Grundstruktur vorhersagen. Andererseits  werden sie sichtbar, wenn energiereiche Quasare sie wie Autoscheinwerfer den Nebel beleuchten.

Die so nachgewiesenen Regionen sind jedoch wenig repräsentativ für das gesamte Netzwerk von Filamenten, in denen die meisten Galaxien, einschließlich unserer eigenen, geboren wurden. Die direkte Beobachtung des schwachen Lichts, das von dem Gas ausgesendet wird, das die Filamente bildet, galt bisher unter Astronomen als heiliger Gral. Er wurde nun von einem internationalen Team unter der Leitung von Roland Bacon, CNRS-Forscher am Centre de Recherche Astrophysique de Lyon gefunden.

Das Team verwirklichte diesen Schritt mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der ESO. Es ist mit dem MUSE-Instrument ausgestattet ist, das mit der adaptiven Optik des Teleskops gekoppelt ist. Zusammen bilden die beiden Instrumente eines der leistungsfähigsten optischen Systeme der Welt. Über 140 Stunden lang haben es die Forscher auf eine einzige Himmelsregion gerichtet. Sie ist Teil des Hubble Ultra-Deep-Fields, das bisher das umfassendste Bild des Kosmos war, das jemals aufgenommen wurde. Allerdings hat die neue Aufnahme Hubble nun übertroffen, denn 40 % der von MUSE entdeckten Galaxien haben kein Gegenstück in den Hubble-Bildern.

Nach akribischer Planung dauerte es acht Monate, um diese außergewöhnliche Beobachtungskampagne durchzuführen. Es folgte ein Jahr der Datenanalyse, die zum ersten Mal Licht aus den Wasserstoff-Filamenten enthüllte. Die Aufnahmen zeigen mehrere Filamenten, wie sie ein bis zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall aussahen, also in einer Schlüsselperiode für das Verständnis, wie sich Galaxien aus dem Gas im kosmischen Netz bildeten. Die größte Überraschung für das Team war jedoch, als die Simulationen zeigten, dass das von dem Wasserstroff ausgestrahlte Licht von einer bisher unsichtbaren Population von Milliarden von Zwerggalaxien stammt. Obwohl diese Galaxien zu schwach sind, um mit den derzeitigen Instrumenten einzeln entdeckt zu werden, wird ihre Existenz große Konsequenzen für Galaxienentstehungsmodelle haben, mit Auswirkungen, die die Wissenschaftler gerade erst zu erforschen beginnen.

Eines der Wasserstoff-Filamente (in blau), die von MUSE im Hubble Ultra-Deep Field entdeckt wurden. Es befindet sich im Sternbild Fornax in einer Entfernung von 11,5 Milliarden Lichtjahren und erstreckt sich über 15 Millionen Lichtjahre. Das Bild im Hintergrund stammt von Hubble. (Bild: Roland Bacon, David Mary, ESO und NASA)
Kosmologische Simulation eines Filaments, das aus Hunderttausenden von kleinen Galaxien besteht. Das Bild links zeigt die von allen Galaxien erzeugten Emissionen, wie sie in situ beobachtet werden könnten. Das Bild rechts zeigt das Filament, wie es von MUSE gesehen werden würde. Selbst mit einer sehr langen Belichtungszeit kann die große Mehrheit der Galaxien nicht einzeln nachgewiesen werden. Das Licht all dieser kleinen Galaxien wird jedoch als diffuser Hintergrund erkannt, ähnlich wie die Milchstraße, wenn man sie mit dem bloßen Auge sieht. (Bild: Thibault Garel und Roland Bacon)

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.