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Spot the difference! (Links) „kosmologische Ikone“ Taylor Swift (Rechts) eine Karte des lokalen Universums (Bildnachweis: Kevin Mazur/Getty Images for iHeartMedia/ Daniel Pomarède, et al. Nature)

Eine neue Karte des „kosmischen Netzes“, das das Universum geformt hat, zeigt Punkte der Gravitationsanziehung im lokalen Universum, sogenannte „Anziehungsbecken“, in bisher nicht gesehenen Details.

Die neue Karte, die auf der Grundlage von Informationen aus dem Cosmicflows-4-Datensatz erstellt wurde, definiert Anziehungsbereiche oder „Gravitationsbrunnen“, in denen die Schwerkraft dominiert und Galaxien zusammenzieht, detaillierter als je zuvor. Die Karte enthüllte auch eine Überraschung über unsere Heimatgalaxie. Die Messung der Geschwindigkeit und Bewegung von 56.000 Galaxien zeigt, dass unsere kosmische Heimat, die Milchstraße, wahrscheinlich Teil eines 1.000 Millionen Lichtjahre breiten Anziehungsbeckens namens Shapely Basin ist, in das das Anziehungsbecken des Superhaufens Laniakea hineingezogen wird.

Diese Anziehungsbecken sind von entscheidender Bedeutung für die Vervollständigung unserer „kosmischen Adresse“, die mit der Erde, dem Sonnensystem, der Milchstraße, dem Virgo-Haufen, dem Virgo-Superhaufen, Laniakea und dem Shapely-Becken beginnt, der aber eine letzte Zeile fehlt. Diese letzte Adresse auf der kosmischen Hülle ist die hypothetische größte Struktur im Universum, die Wissenschaftler das „Ende der Größe“ nennen.

„Die übergreifende Struktur des Universums ist das Kosmische Netz, das man sich wie ein Spinnennetz oder ein Fischernetz in 3D vorstellen kann“, sagte Daniel Pomarède, ein kosmischer Kartenmacher oder „Kosmograph“ an der Universität Paris-Saclay gegenüber kosmischeweiten.de. „Die Anziehungsbereiche liegen auf dieser Struktur, die die Knoten des Netzes umgibt, ihre Grenzen verlaufen durch die Leerräume, die sich rund um die Knoten befinden, und diese Grenzen schneiden die Fäden der dunklen Materie, die zwei Knoten miteinander verbinden.“

Natürlich gibt es farbenfrohere Analogien als eine Postadresse, die nicht von dieser Welt ist. In einem Tweet auf seinem X-Feed verglich der kosmische Kartograf die neu erstellte Karte des lokalen Universums und seiner Anziehungspunkte mit einem Outfit, das Swift beim iHeartRadio Wango Tango-Konzert in Carson, Kalifornien, am 1. Juni 2019 trug, und bezeichnete die Sängerin als „kosmologische Ikone“.

Lassen Sie sich von diesem leicht frivolen Vergleich nicht täuschen; die Erforschung dieser riesigen Regionen des Weltraums durch Pomarède und sein Team ist eine ernsthafte Angelegenheit. Denn als Teil des kosmischen Netzes könnten diese Anziehungsgebiete Aufschluss darüber geben, wie sich Galaxien wie die Milchstraße zu größeren Ansammlungen zusammengefunden haben und wie das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum entstanden ist.

Ihre neue ‚kosmische Adresse‘

Pomarède sollte alles über kosmologische Superstars wissen. Im Jahr 2014 war er einer der Entdecker des Superhaufens Laniakea, der das Konzept der Anziehungsbecken bestätigte. Die Entdeckung des Superhaufens Laniakea erfolgte im Rahmen der Studie Cosmicflows-2, die damals den größten Katalog von Galaxienbewegungen aller Zeiten enthielt.

Dieses Projekt zeichnete die Geschwindigkeiten von Galaxien auf, die sich mit einer Geschwindigkeit voneinander entfernen, die proportional zu ihrer relativen Entfernung ist, fast so, als ob sie in einem Strom gefangen wären, der durch die Expansion des Universums verursacht wird und den die Astronomen als „Hubble Flow“ bezeichnen.

„Als wir unsere ersten Karten mit dem Cosmicflows-2-Katalog erstellten, zeigte sich eine 3D-Region, in der die kosmischen Ströme auf den Großen Attraktor in der Nähe des Centaurus-Galaxienhaufens konvergieren, und zwar in der Richtung, in die sich unsere Galaxie bewegt“, so Pomarède. „Darüber hinaus konvergieren die kosmischen Ströme auf andere, separate, benachbarte Attraktoren. Dieses klar definierte Volumen hat eine Ausdehnung von 500 Millionen Lichtjahren, und wir nannten es ein Anziehungsbecken und gaben ihm den Namen Laniakea.“

Nachfolgende Karten enthüllten die Existenz von zwei weiteren massiven kosmischen Strukturen: das bereits erwähnte Shapley-Becken der Anziehung und das Sloan Great Wall-Becken der Anziehung. Dank Cosmicflows-4 scheint es nun, dass Laniakea in Richtung Shapley gezogen wird.

Eine kosmische Karte der größten Strukturen im lokalen Universum, so genannte Anziehungsgebiete, zu denen die Materie hingezogen wird. (Bildnachweis: A. Valade, et al/ Nature Astronomy mit freundlicher Genehmigung von D. Pomarède)

Daraus ergibt sich ein großräumiges Universum mit Knotenpunkten entlang des kosmischen Netzes, die Tausende von Galaxien enthalten, sowie mit Leerräumen, die wenig Materie und weniger Galaxien enthalten, wobei kosmische Ströme Materie von den ersteren zu den letzteren transportieren. Diese Schwankungen in der Dichte mögen zwar klein angefangen haben, waren aber lebenswichtig, denn ohne sie wäre das Universum homogen und glatt, und es gäbe vielleicht keine Ansammlungen von Materie wie Galaxien und Galaxienhaufen.

So wie der Fluss mächtiger Flüsse geologische Merkmale der Erde wie den Grand Canyon geformt hat, haben die kosmischen Ströme Strukturen wie Galaxien, Galaxienhaufen und Superhaufen geformt.

„Die damit verbundenen Geschwindigkeiten von Galaxien werden als ‚besondere Geschwindigkeiten‘ bezeichnet und können als Abweichungen vom Hubble-Gesetz betrachtet werden. „Das Faszinierende ist, dass diese besonderen Geschwindigkeiten wertvolle Informationen enthalten: Sie verraten uns, welchen Einflüssen die Galaxien ausgesetzt sind; wenn sie sich beispielsweise in der Nähe einer massiven Struktur befinden, zeigt ihr Geschwindigkeitsvektor auf diese Struktur. Unsere Karten beruhen auf diesen Informationen.“

Ein massiver Galaxienhaufen aus der C-EAGLE-Simulation, der einen Blick auf eine Region bietet, die mit derjenigen vergleichbar ist, in der die Filamente entdeckt wurden. An der Konvergenz dieser Filamente setzt sich ein massiver Galaxienhaufen zusammen. (Bildnachweis: Joshua Borrow mit C-EAGLE)

Der Ersteller der kosmischen Karte erklärte, dass mit der Entdeckung der Anziehungsbecken eine neue Art der Kartierung des Universums entstand, die es den Wissenschaftlern ermöglicht, den Kosmos in benachbarte Zellen zu unterteilen und deren Grenzen zu definieren.

„Das ist ziemlich interessant, aber das Erstaunliche ist, dass wir mit dieser Kartierungstechnik Regionen des Universums aufzeichnen können, die uns normalerweise verborgen bleiben, weil sie von unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, verdeckt werden“, sagte Pomarède. „Wenn es in diesen Regionen verborgene Strukturen gibt, üben sie einen Einfluss auf die Galaxien in unseren astronomischen Katalogen aus; daher sind wir in der Lage, sie zu kartieren.“

Dieser Ansatz sorgt bereits für Überraschungen. Das Team war schockiert, als es die zufällige Entdeckung einer kugelförmigen, schalenartigen Struktur mit einem Durchmesser von 1 Milliarde Lichtjahren in der Verteilung der Galaxien auf der Cosmicflows-4-Karte machte. Sie spekulieren, dass diese Schale, die sie „Ho’oleilana“ nannten, das Überbleibsel einer einzelnen Quantenfluktuation im frühen Universum sein könnte.

Eine Illustration der 1 Milliarde Lichtjahre großen Galaxienblase namens Hoʻoleilana. (Bildnachweis: Frédéric Durillon, Animea Studio; Daniel Pomarède, IRFU, CEA Universität Paris-Saclay).

Suche nach dem ‚Ende der Größe‘

Die Bedeutung dieser Anziehungsgebiete wird nur noch durch ihre schwindelerregende Größe übertroffen. Zum Vergleich: Unsere Heimatgalaxie ist etwa 100.000 Lichtjahre breit, und die Entfernung zur nächstgelegenen Galaxie, Andromeda, beträgt etwa 2 Millionen Lichtjahre. Laniakea hingegen ist unglaubliche 500 Millionen Lichtjahre breit und besitzt eine Masse, die 100.000.000.000.000.000 Sonnen entspricht!

Das Team hat nun herausgefunden, dass sich Laniakea auf das Shapely-Becken zubewegt, das mit einer Breite von 1.000 Millionen Lichtjahren etwa doppelt so groß ist wie er.

„Dank dieser Analyse haben wir festgestellt, dass die Milchstraße mit einer Wahrscheinlichkeit von 40 % zum Laniakea-Becken und mit 60 % zum Shapley-Becken gehört“, so Pomarède. „Abgesehen von der Frage nach unserem heimischen Anziehungsbecken haben wir eine Karte mit zahlreichen anderen Anziehungsbecken erstellt, von denen 15 mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 50% existieren.“

Erstaunlicherweise geht man davon aus, dass die Sloan Great Wall mit einer Breite von 1,37 Milliarden Lichtjahren sogar noch größer ist als diese beiden anderen Knotenpunkte des Comic-Web. Das zeigt, dass noch größere Strukturen kartiert werden müssen, einschließlich der größten möglichen Struktur, dem Ende der Größe.

Eine Illustration zeigt eine Galaxie, die sich im Herzen eines kosmischen Netzes sammelt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit canva))

Das Team hat den Katalog Cosmicflows-2, der 8.000 Galaxien kartiert, zweimal verbessert. Im Jahr 2016 basierte Cosmicflows-3 auf dem Fluss von 18.000 Galaxien, und jetzt, im Jahr 2024, wird der Cosmicflows-4-Katalog 56.000 Galaxien beschreiben. Das ultimative Ziel des Projekts ist die Suche nach der ultimativen universellen Struktur und der letzten Linie jeder kosmischen Adresse.

Pomarède erklärte, dass das Team wissen möchte, ob die beobachtete Größe des Endes der Größe mit dem Standardmodell der Kosmologie vereinbar ist. Die Anziehungsbereiche bieten eine neue Möglichkeit, diese Frage zu untersuchen und die größte Struktur im lokalen Universum, zu dem wir gehören, zu bestimmen.

„Auf der anderen Seite der kosmischen Entfernungsskala steht die Größe des beobachtbaren Universums: 48 Milliarden Lichtjahre im Radius. Da passen verdammt viele Anziehungspunkte hinein“, so Pomarède weiter. „Wir erweitern die Karte des Universums ständig! Die vorherrschenden Anziehungsgebiete, die hier identifiziert wurden, Shapley, Hercules, Sloan Great Wall und South Pole Wall, waren alle durch die Ränder unserer Daten begrenzt. Die aktuellen Daten sind nicht tief genug, um die äußeren Grenzen dieser dominanten Anziehungsgebiete zu bestimmen, was bedeutet, dass sie sehr wohl viel größer sein können!

„Bei dieser Forschung kommen wir zu dem Schluss, dass wir das Ende der Größe nicht erreicht haben.“

Pomarède erläuterte die nächsten Schritte bei der laufenden Suche nach dem Ende der Größe. Ironischerweise wird man sich dabei auf die feinen Details dieser riesigen Strukturen konzentrieren: „Wir möchten uns mit bestimmten Fragen beschäftigen. Zum Beispiel die Kosmographie des Sloan Great Wall Basin of Attraction“, schloss Pomarède. „Wir haben keine Einzelheiten über den Inhalt dieser Struktur angegeben. Wir wissen nur, dass sie mit diesem 1,4 Milliarden Lichtjahre langen Filament namens Sloan Great Wall zusammenhängt, das 2005 entdeckt wurde. Langfristig gibt es viele Projekte, um mehr eigenartige Geschwindigkeiten zu erhalten und unsere Daten zu erweitern.“

Die auf Cosmicflows-4 basierende Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.