Kosmisches Netz bietet Einblicke in die Geschichte des Universums

Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen beobachtet erstmals extrem leuchtschwache Filamente

(pug) Das Universum ist durchzogen von einem kosmischen Netz, welches aus großen fadenförmigen Gas-Strukturen besteht, in denen sich Galaxien bilden. Die Existenz dieses Netzes bestätigt die wichtigsten Vorhersagen darüber, wie sich die Struktur des Universums verändert. Forscherinnen und Forscher weltweit haben unter Leitung der Universität Lyon nun erstmals sehr detailreiche Aufnahmen der Netz-Filamente und entsprechende Karten des jungen Universums erstellt. Die Universität Göttingen war an dem Forschungsprojekt beteiligt. Die Ergebnisse der Studie sind in der FachzeitschriftAstronomy and Astrophysics erschienen.

Zum ersten Mal hat ein internationales Team unter Leitung von Prof. Dr. Roland Bacon (CNRS) derart detailreiche Aufnahmen der Filamente des kosmischen Netzes gemacht. Um die bislang wenig untersuchten Bereiche in den Fokus zu rücken, beobachteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – verteilt über ein halbes Jahr – insgesamt 140 Stunden lang einen kleinen speziellen Bereich des Himmels, die sogenannte Hubble Ultra Deep Field Region (HUDF). Die HUDF ist die Himmelsregion, welche bisher am längsten mit dem Hubble-Weltraumteleskop über einen Zeitraum von vielen Wochen beobachtet wurde. Die Entfernung der Galaxien in dem Feld beträgt 3 bis 13 Milliarden Lichtjahre. Das Team nutzte für seine Untersuchungen den 3D MUSE-Spektografen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile. Das Ergebnis: eine beeindruckend große Anzahl von Galaxien in dem kleinen Feld. „Es waren 100 Mal mehr Galaxien als man üblicherweise bei klassischen Himmelsdurchmusterungen findet“, sagt Ko-Autor Prof. Dr. Wolfram Kollatschny vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen. „Vierzig Prozent von ihnen waren so extrem leuchtschwach, dass sie nicht einmal mit dem Hubble Teleskop entdeckt worden sind.“

Bislang wurden vor allem die Knotenpunkte des kosmischen Netzes untersucht, weil dort auch die Quasare, extrem leuchtstarke Kerne von Galaxien, zu finden sind. Allerdings befinden sich die Quasare in sehr dichten Bereichen des kosmischen Netzes – die bisherige Datenlage in diesem Bereich ließ sich also nicht ohne Weiteres auf die Netzfilamente übertragen. Der Blick auf die jetzt erstmals entdeckten Filamente bietet zugleich einen Blick in die Geschichte des Universums. Das Team konnte die ersten Karten des kosmischen Netzes im jungen Universum – weniger als zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall – erstellen. „Überrascht hat uns, dass der Anteil des diffusen Lichts der Filamente, der von der ultravioletten Hintergrundstrahlung stammt, viel geringer ist als erwartet“, so Kollatschny. Das kosmische Netz ist nämlich nur deshalb beobachtbar, weil es durch Sterne und Quasare beleuchtet wird. Das Team vermutet, dass der größte Teil der Hintergrundstrahlung von einem riesigen „Meer“ an Galaxien mit sehr geringer Leuchtkraft stammt. Diese sind viel zu schwach, um einzeln entdeckt zu werden. „Dies hilft uns, den Ursprung der Galaxien zu verstehen: Es bedeutet, dass die meisten Vorfahren unserer heutigen Galaxien kaum mehr als winzige Klumpen von wenigen, gerade entstandenen Sternen waren“, so Kollatschny. „Die direkte Beobachtung des kosmischen Netzes bestätigt zudem die Vorhersage zur großräumigen Materieverteilung und Entwicklung des Universums – ausgehend von einer sehr homogenen Verteilung des Urgases 400.000 Jahre nach dem Urknall – und hilft uns, zu verstehen, wie und wo Galaxien entstehen und mit ihrer Umgebung interagieren.“

Kosmologische Simulation von Strukturen im entfernten Universum. Dieses Bild veranschaulicht die Verteilung des Lichtes, das von den Wasserstoffatomen des kosmischen Netzes in einer Region von etwa 15 Millionen Lichtjahren Durchmesser ausgesendet wird. Zusätzlich zu der sehr schwachen Emission des intergalaktischen Gases können wir mehrere punktförmige Quellen sehen, die junge Galaxien sind, die ihre ersten Sterne bilden. Foto: Jeremy Blaizot, SPHINX-Projekt

Dieses Bild zeigt zum einen die mehr als 2000 Galaxien, die sich in Entfernungen von drei bis dreizehn Milliarden Lichtjahren befinden und im sogenannten ‚Ultra Deep Field‘ mit Hubble detektiert wurden. Überlagert dazu ist ein Bild von einem der ersten entdeckten Filamente vom ionisierten Wasserstoff (in blau), welches von MUSE in diesem Feld beobachtet wurde. Es befindet sich in 11,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung und erstreckt sich über 15 Millionen Lichtjahre. Foto: Roland Bacon, ESO und NASA

Prof. Dr. Wolfram Kollatschny  Foto: Universität Göttingen

www.uni-goettingen.de