KOSMOLOGIE
Neuer Blick auf die großräumigen Strukturen im lokalen Universum
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP)
astronews.com
27. September 2024

Ein internationales Forschungsteam hat eine neuartige kosmographische Darstellungsmethode entwickelt und durch Analyse der Bewegungen von 56.000 Galaxien eine aktualisierte Karte des lokalen Universums erstellt. Die Arbeit enthüllt beeindruckende kosmische Strukturen und liefert Indizien dafür, dass "unser" Superhaufen Laniakea gar nicht existiert.

Das Bild ist eine Darstellung der Verteilung der Materie im lokalen Universum und zeigt, wie die Materie fließt, also entlang welcher Bahnen (dünne Linien) sich die Galaxien bewegen. Die Expansion des Universums ist hier nicht berücksichtigt. Dichte Regionen zeigen das Zusammentreffen einer Vielzahl von Materieströmen an, dort befinden sich die kosmischen Superhaufen. Dünne Regionen sind meist frei von Materie. Bild:  Darstellung des in sich zusammenbrechenden Drahts: Ein starker Strom hochenergetischer Elektronen (rosa) erhitzt die Oberfläche blitzartig und erzeugt so Stoßwellen, die den Draht strahlenförmig zusammendrücken. Bild: A. Valade et al. 2024 [Großansicht]

Im Universum ist die Gravitation die dominierende Kraft: Sie hält den Mond um die Erde, die Planeten auf ihren Umlaufbahnen um die Sonne und verbindet unsere Milchstraße mit ihrer Nachbarschaft, der sogenannten Lokalen Gruppe. Selbst die Lokale Gruppe ist nur ein kleiner Bestandteil des größeren Virgo-Galaxienhaufens, der etwa 2000 Galaxien umfasst und von dem man bisher annahm, er sei Teil der noch größeren Struktur Laniakea. Eine jetzt vorgestellte neue Studie lässt Zweifel daran aufkommen, ob Laniakeia tatsächlich unser Superhaufen ist und ob er überhaupt existiert.

Die Kartierung des Universums gehört seit jeher zu den herausforderndsten Aufgaben der Astronomie. Ungenauigkeiten in den Beobachtungen, Messfehler und unvollständige Daten machen diese Arbeit besonders schwierig. Zudem bilden die beobachteten Galaxien nur einen kleinen Teil der gesamten Masse im Universum, da ein Großteil der Materie in Form von nicht sichtbarer Dunkler Materie existiert. Des Weiteren entstehen Galaxien nicht zwangsläufig so, dass sie die zugrunde liegende Materie gut abbilden, was sie zu einem ungenauen Indikator für die Materieverteilung im Universum macht.

Um dennoch eine Karte unserer kosmischen Umgebung zu erstellen, betrachten Forschende zusätzlich die Bewegung von Galaxien. Einerseits bewegen sich die Galaxien zwar durch die Expansion des Universums von uns weg, andererseits ziehen sie sich aufgrund der Gravitation auch gegenseitig an. Diese Bewegungen können kartiert werden und offenbaren die kosmischen Strömungen – die Flüsse im Universum, auf denen sich die Galaxien bewegen. Weil diese Bewegungen durch die Gravitation verursacht werden, wird somit das Unsichtbare sichtbar.

Ein Forschungsteam um den Kosmologen Aurelien Valade und Noam Libeskind, Leiter der Kosmograhie-Gruppe am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), nutzte die Daten des Cosmic-Flows-4 Katalogs mit den Bewegungen von 56.000 Galaxien zur Kartierung des lokalen Universums. Da die Messungen der Geschwindigkeiten von Galaxien jedoch fehlerbehaftet und ungenau sind, gibt es verschiedene mögliche kosmographische Karten, die zu den Beobachtungsdaten passen würden. Deshalb entwickelte das Team einen neuen Ansatz: eine "probabilistische", wahrscheinlichkeitsbasierte Karte des Universums. Sie gibt an, wie wahrscheinlich es ist, dass ein bestimmtes Merkmal in der Karte, wie z. B. ein "Anziehungsgebiet", tatsächlich existiert. Ein solches Anziehungsgebiet ist eine Region, die ohne die kosmische Expansion zu einem einzigen Punkt zusammenfallen würde.

Mit dieser neuen Methode erhielten die Forschenden ein zuverlässiges Bild der großräumigen Materieverteilung und enthüllten erstaunliche Strukturen unserer kosmischen Nachbarschaft. Laniakea, der Superhaufen, von dem man davon ausging, dass unsere Galaxie zu ihm gehört, ist vermutlich lediglich ein Anhängsel des weitaus größeren Shapley-Anziehungsgebiets. Laniakeia existiert möglicherweise noch nicht einmal als eigenständige Struktur. Noch erstaunlicher ist die Tatsache, dass die "Sloan Great Wall Region" – ein riesiger Wall aus Hunderttausenden von Galaxien – mit etwa Tausend Billionen Billionen Kubik-Lichtjahren die derzeit größte bekannte Struktur in diesem kosmischen Netzwerk von Galaxien ist.

"Es dürfte kaum überraschen, dass sich bei einem tieferen Blick in den Kosmos herausstellt, dass unser heimischer Superhaufen weitaus stärker vernetzt und umfangreicher ist, als wir ursprünglich angenommen haben. Es ist aufregend, dass wir mit großer Wahrscheinlichkeit Teil einer viel größeren Struktur sind. Im Moment ist das nur ein Hinweis: Es müssen noch mehr Beobachtungen gemacht werden, um die Größe unseres Heimat-Superhaufens zu bestätigen", erklärt Libeskind. Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität von Hawaii, der Universität von Jerusalem und der Universität Paris-Saclay mit Daten aus dem Cosmic Flows-4 Katalog durchgeführt.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature Astronomy erschienen ist.