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Filamente aus Gas

Intergalaktisches Gespinst entdeckt

Diese Abbildung verdeutlicht das gigantische Gasgespinst (links) des Abell 3391/95-Systems (rechts). (Bild: Reiprich et al., Astronomy & Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/202039590)

Was liegt zwischen den großen Materieansammlungen des Universums? Den Raum durchziehen gigantische Gasfäden, konnten Astrophysiker nun verdeutlichen. Sie haben ein 50 Millionen Lichtjahre langes Gespinst entdeckt, das ein System von drei Galaxienhaufen miteinander verbindet. Die Beobachtungen und Modellsimulationen der Forscher bestätigen dadurch die Vorstellungen von den großräumigen Entwicklungen nach dem Urknall.

Alles begann mit einem gewaltigen Paukenschlag vor 13,8 Milliarden Jahren: Der gängigen Theorie von der Entstehung des Universums zufolge bildete der Urknall den Anfang von Raum und Zeit und brachte die Strukturen hervor, aus denen unser Universum besteht. Die gesamte Materie war demnach zu Beginn auf einen Punkt konzentriert und dehnte sich dann rasend schnell aus. Dabei entstand den Modellen zufolge zunächst eine gigantische Gaswolke, in der das Material noch relativ gleichmäßig verteilt war. Doch es gab wohl auch entscheidende Unregelmäßigkeiten – mit weitreichenden Folgen: An manchen Stellen war die Wolke nach dem Urknall etwas dichter als an anderen und so zogen diese Bereiche mit erhöhter Gravitationskraft verstärkt Materie an sich und der umliegende Raum leerte sich.

Kosmischen „Spinnweben“ auf der Spur

Diesem Entstehungsmodell zufolge bildete das Universum innerhalb von etwa 13 Milliarden Jahren eine Art Schwammstruktur aus: Es entstanden große „Löcher“, dazwischen Bereiche, in denen sich auf engem Raum Tausende von Galaxien tummelten – sogenannte Galaxienhaufen oder -cluster, in denen sich die Sterne samt Planeten befinden. Doch man geht davon aus, dass bei dem Prozess der intergalaktische Raum nicht komplett geleert wurde. Den Annahmen zufolge sind die Galaxien und Cluster noch immer durch Überreste der ursprünglichen Materieverteilung verbunden – wie durch hauchdünne Fäden eines Spinnennetzes.

Unterm Strich ist diese Restmaterie wahrscheinlich gigantisch: „Berechnungen zufolge befindet sich in diesen Filamenten mehr als die Hälfte der gesamten baryonischen Materie unseres Universums – das ist die Materieform, aus der Sterne und Planeten bestehen, ebenso wie wir selber“, erklärt Thomas Reiprich von der Universität Bonn. Doch durch die enormen Ausdehnungen dieser Strukturen ist die Materie in den Filamenten extrem ausgedünnt: Sie enthalten den Annahmen zufolge pro Kubikmeter gerade einmal zehn Teilchen – das ist sehr viel weniger, als in dem besten Vakuum vorhanden sind, das sich auf der Erde herstellen lässt. Deshalb haben sich die intergalaktischen Gespinste den Blicken der Astronomen auch weitgehend entzogen.

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Eine Länge von 50 Millionen Lichtjahren

Doch Reiprich und seinen internationalen Kollegen ist es nun erstmals gelungen, das Gas umfassend sichtbar zu machen. In ihrem Visier stand dabei das Himmelsobjekt namens Abell 3391/95. Dabei handelt es sich um ein System von drei Galaxienhaufen, das rund 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Die Astronomen richteten den scharfen Blick des Weltraumteleskops eROSITA auf Abell 3391/95. „Es besitzt extrem empfindliche Detektoren für die Art von Röntgenstrahlung, die von dem Gas in den Filamenten ausgeht“, erklärt Reiprich. „Außerdem hat es ein großes Gesichtsfeld – es bildet wie ein Weitwinkel-Objektiv einen relativ weiten Teil des Himmels in einer einzigen Messung ab, und das in sehr hoher Auflösung.“ Wie er und seine Kollegen berichten, ermöglichte das Weltraumteleskop es dadurch, in vergleichsweise kurzer Zeit detaillierte Aufnahmen von den extrem weiträumigen Strukturen anzufertigen.

Wie sie berichten, waren in den eROSITA-Aufnahmen neben den Haufen und den zahlreichen Einzelgalaxien des Systems nun auch die Gasfäden sichtbar, die diese Strukturen miteinander verbinden. Das gesamte Filament-System im Blick war dabei 50 Millionen Lichtjahre lang, ergaben die Berechnungen der Wissenschaftler. Möglicherweise ist es aber noch deutlich größer: Reiprich und seine Kollegen gehen davon aus, dass die bisherigen Aufnahmen nur einen Ausschnitt des gesamten Filament-Komplexes von Abell 3391/95 zeigen.

Im Rahmen ihrer Studie haben die Astronomen ihre Beobachtungen auch mit Ergebnissen einer Simulation verglichen, die die Entwicklung des Universums nachstellt. Wie sie berichten, geht aus den Ergebnissen hervor, dass die theoretischen Annahmen zur Realität passen: „Die eROSITA-Bilder ähneln den computergenerierten Grafiken frappierend. Das spricht dafür, dass das weithin akzeptierte Standardmodell zur Entwicklung des Universums korrekt ist“, sagt Reiprich.

Somit bestätigen die Ergebnisse der Studie die bisherigen Vermutungen dazu, wo sich die enormen Mengen der baryonischen Materie des Universums verbergen, die bisher unsichtbar geblieben sind: in den unvorstellbar großen, fädigen Strukturen aus Gas, die Galaxien und Galaxienhaufen umgeben und miteinander verbinden.

Quelle: Universität Bonn, Fachartikel: Astronomy & Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/202039590

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