Wie dunkel ist das kosmische Netz?

Das Universum ist von einem riesigen, unsichtbaren Netz durchdrungen, dessen Ranken sich durch den Raum schlängeln. Aber trotz der Organisation der Materie, die wir im Weltraum sehen, ist dieses dunkle Netz unsichtbar. Das liegt daran, dass es aus dunkler Materie besteht, die eine Anziehungskraft ausübt, aber kein Licht emittiert. 

Das Web war bisher unsichtbar. Zum ersten Mal haben Forscher einige der dunkelsten Ecken des Universums beleuchtet. 

Verbunden: Die 11 größten unbeantworteten Fragen zur Dunklen Materie

Das Web weben

Vor langer Zeit war das Universum heißer, kleiner und dichter als heute. Es war auch im Durchschnitt viel langweiliger. Es gab keine großen Unterschiede in der Dichte von Ort zu Ort. Sicher, der Raum war insgesamt viel enger, aber im jungen Universum waren die Dinge, egal wohin Sie gingen, ziemlich gleich.

Aber es gab winzige, zufällige Dichteunterschiede. Diese Nuggets hatten eine etwas größere Anziehungskraft als ihre Umgebung, und so floss Materie in sie hinein. Auf diese Weise größer geworden, entwickelten sie einen noch stärkeren Gravitationseinfluss, zogen mehr Materie ein, was dazu führte, dass sie größer wurden und so weiter und so fort für Milliarden von Jahren. Gleichzeitig, als die Nuggets wuchsen, entleerten sich die Zwischenräume zwischen ihnen.

Im Laufe der kosmischen Zeit wurden die Reichen reicher und die Armen ärmer.

Schließlich wuchsen die dichten Flecken zu den ersten Sternen, Galaxien und Clustern, während die Zwischenräume zu großen kosmischen Hohlräumen wurden.

Jetzt, 13,8 Milliarden Jahre nach diesem massiven Bauprojekt, ist der Auftrag noch nicht ganz abgeschlossen. Die Materie strömt immer noch aus den Hohlräumen und verbindet Gruppen von Galaxien, die in dichte, reiche Cluster fließen. Was wir heute haben, ist ein riesiges, komplexes Netzwerk von Filamenten der Materie: das kosmische Netz.

Ein Licht im Dunkeln

Die überwiegende Mehrheit der Materie in unserem Universum ist dunkel; es interagiert nicht mit Licht oder mit irgendeiner der "normalen" Materie, die wir als Sterne und Gaswolken und andere interessante Dinge sehen. Infolgedessen ist ein Großteil des kosmischen Netzes für uns völlig unsichtbar. Glücklicherweise schleppt sich die dunkle Materie, wo sie sich sammelt, auch an normaler Materie entlang, um sich dem Spaß anzuschließen.

In den dichtesten Taschen unseres Universums, in denen das Gravitationsflüstern der dunklen Materie genug reguläre Materie beeinflusst hat, um zu verschmelzen, sehen wir Licht: Die reguläre Materie hat sich in Sterne verwandelt.

Wie ein Leuchtturm an einer fernen schwarzen Küste sagen uns die Sterne und Galaxien, wo die verborgene dunkle Materie lauert, und geben uns einen gespenstischen Überblick über die wahre Struktur des kosmischen Netzes.

Mit dieser voreingenommenen Ansicht können wir die Cluster leicht erkennen. Sie tauchen auf wie riesige Städte, die von einem Rotaugenflug aus gesehen werden. Wir wissen mit Sicherheit, dass diese Strukturen eine enorme Menge an dunkler Materie enthalten, da Sie viel Gravitationskraft benötigen, um so viele Galaxien zusammenzuführen.

Und am anderen Ende des Spektrums können wir die Hohlräume leicht erkennen; Sie sind die Orte, an denen nicht alles in Ordnung ist. Da es keine Galaxien gibt, die diese Räume beleuchten, wissen wir, dass sie im Großen und Ganzen wirklich leer sind.

Aber die Größe des kosmischen Netzes liegt in den zarten Linien der Filamente selbst. Diese dünnen Galaxienranken erstrecken sich über Millionen von Lichtjahren und wirken wie große kosmische Autobahnen, die schwarze Hohlräume überqueren und helle städtische Cluster verbinden.

Durch eine dunkle Linse

Diese Filamente im kosmischen Netz sind der am schwierigsten zu untersuchende Teil des Netzes. Sie haben einige Galaxien, aber nicht viele. Und sie haben alle möglichen Längen und Ausrichtungen; Im Vergleich dazu sind die Cluster und Hohlräume ein geometrisches Kinderspiel. Obwohl wir seit Jahrzehnten durch Computersimulationen von der Existenz von Filamenten wissen, hatten wir es tatsächlich schwer, sie zu sehen.

Kürzlich hat ein Team von Astronomen einen großen Fortschritt bei der Kartierung unseres kosmischen Netzes erzielt und ihre Ergebnisse am 29. Januar in der arXiv-Datenbank veröffentlicht. So gingen sie zur Sache:

Zunächst nahmen sie einen Katalog sogenannter leuchtend roter Galaxien (LRGs) aus der BOSS-Untersuchung (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey). LRGs sind massive Galaxientiere und neigen dazu, in den Zentren dichter Flecken dunkler Materie zu sitzen. Und wenn die LRGs in den dichtesten Regionen sitzen, sollten die sie verbindenden Linien aus den empfindlicheren Filamenten bestehen.

Aber auf den Raum zwischen zwei LRGs zu starren, wird nicht produktiv sein. Es gibt dort nicht viel Zeug. Das Team nahm Tausende von LRG-Paaren, richtete sie neu aus und stapelte sie übereinander, um ein zusammengesetztes Bild zu erstellen.

Mit diesem gestapelten Bild zählten die Wissenschaftler alle Galaxien, die sie sehen konnten, und addierten ihren gesamten Lichtbeitrag. Auf diese Weise konnten die Forscher messen, wie viel normale Materie die Filamente zwischen den LRGs ausmachte. Als nächstes betrachteten die Forscher die Galaxien hinter den Filamenten und insbesondere ihre Formen.

Als Licht von diesen Hintergrundgalaxien die dazwischenliegenden Filamente durchbohrte, stupste die Schwerkraft der dunklen Materie in diesen Filamenten das Licht sanft an und verschob die Bilder dieser Galaxien leicht. Durch Messung des Ausmaßes der Verschiebung (von den Wissenschaftlern als "Scherung" bezeichnet) konnte das Team die Menge an dunkler Materie in den Filamenten abschätzen.

Diese Maßnahme stimmte mit theoretischen Vorhersagen überein (ein weiterer Punkt für die Existenz dunkler Materie). Die Wissenschaftler bestätigten auch, dass die Filamente nicht ganz dunkel waren. Für jede Masse von 351 Sonnen in den Filamenten gab es eine Lichtleistung von 1 Sonne. 

Es ist eine grobe Karte der Filamente, aber es ist die erste, und es zeigt definitiv, dass unser kosmisches Netz zwar größtenteils dunkel ist, aber nicht vollständig schwarz. 

Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei SUNY Stony Brook und am Flatiron Institute, Moderator von Ask a Spaceman und Space Radio und Autor von Your Place in the Universe.

• Die größten unbeantworteten Fragen in der Physik
• Was ist das? Ihre physikalischen Fragen wurden beantwortet
• Kosmische Rekordhalter: Die 12 größten Objekte im Universum

Ursprünglich veröffentlicht am .