Forschung

Erste Karten kosmischer Filamente

19.03.2021 - Aufnahme des kosmischen Netzwerks liefert neue Erkenntnisse über die Entstehung von Galaxien.

Die großräumige Verteilung der Materie im Universum bildet eine Art Netzwerk ;von faden­förmigen Strukturen und Knoten­punkten, innerhalb derer die Galaxien entstehen. Auch das Gas zwischen den Galaxien sollte sich entlang dieses Netzwerks ausrichten, was jedoch extrem schwierig zu beobachten ist. Vor vierzig Jahren sagten wissen­schaftliche Erkenntnisse voraus, dass das Wasser­stoffgas des kosmischen Netzwerks ganz schwach aus sich heraus leuchten sollte. Das erwartete Signal ist so lichtschwach, dass es erst seit kurzem beobachtet werden kann ­– den entscheidenden Durchbruch lieferte das neue Instrument „Multi Unit Spectro­scopic Explorer“ (MUSE) am Großteleskop der Euro­päischen Südsternwarte in Chile. Bruchstücke des kosmischen Netzes waren damit bisher nur in der Nähe von hellen Quasaren zu sehen, deren intensive Strahlung das Lichtsignal des Gases erheblich verstärkt. Allerdings liegen helle Quasare in sehr dichten und seltenen Regionen, den Knoten­punkten des kosmischen Netzes, die überhaupt nicht repräsentativ für die Umgebung normaler Galaxien sind. Leuchtendes Gas aus den eigent­lichen kosmischen Fila­menten konnte bisher nicht beobachtet werden.

Ein inter­nationales Team unter der Leitung von Roland Bacon, dem auch mehrere Forscher des Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam AIP angehören, hat nun auch diese Hürde gemeistert. Sie nutzten MUSE mit zusätzlicher Bildverbesserung durch die „Adaptive Optik“ für eine 140-stündige Belichtung, konzentriert auf einen einzigen Fleck des „Hubble Ultra Deep Field“. Peter Weilbacher beschreibt dies als „die tiefste spektrale Beobachtung, die jemals durchgeführt wurde, unter Verwendung des fort­schrittlichsten spektro­skopischen Instruments der Welt“. Allein in diesem kleinen Feld wurden über 2000 Galaxien gefunden, von denen die allermeisten vorher aus klassischen Galaxien­durch­musterungen nicht bekannt waren. Vierzig Prozent der neu entdeckten Galaxien sind so lichtschwach, dass sie sogar auf den Bildern des Hubble-Weltraum­teleskops völlig unsichtbar sind – und das, obwohl Hubble dieses Feld so tief untersucht hat wie keine andere Region am Himmel.

Die MUSE-Beobach­tungen ermöglichten es dem Team, daraus die ersten Karten von kosmischen Netz­filamenten im jungen Universum – weniger als zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall – zu erstellen. Allerdings fanden sie nicht, was sie erwartet hatten. Ein großer Teil des scheinbar diffusen Lichts der Filamente – vielleicht sogar das meiste – stammt von einem „Ozean“ aus ultra­schwachen Galaxien, die einzeln nicht zu sehen sind, aber zusammen ein ausge­dehntes, diffus wirkendes Leuchten erzeugen. „Das hat uns wirklich überrascht“, sagt Lutz Wisotzki, Leiter der Abteilung Galaxien und Quasare am AIP. „Es sieht so aus, als ob es viel weniger Gas gibt, das den fast leeren Raum zwischen den Galaxien ausfüllt, als wir erwartet hatten.“ Tanya Urrutia, ebenfalls vom AIP, fügt hinzu: „Anderer­seits sehen wir jetzt vielleicht zum ersten Mal das kollektive Licht von winzigen Klumpen neu entstandener Sterne im frühen Universum, die sich dann später im Laufe der kosmischen Zeit zu echten Galaxien entwickelt haben.“

Was auch immer der Ursprung der beobach­teten filament­artigen Emission ist, diese rekord­verdächtige Aufnahme des kosmischen Netzwerks liefert wichtige neue Erkenntnisse über die Entstehung von Galaxien und deren Wechsel­wirkung mit ihrer Umgebung. Für die kommenden Jahre plant das Team weitere Beobach­tungen mit MUSE, um die Geheimnisse des kosmischen Netzwerks weiter zu ent­schlüsseln.

AIP / JOL

Weitere Infos