Donnerstag, 18. Oktober 2012

Struktur aus Dunkler Materie erstmals in 3D untersucht


Die mit dem sichtbar gemachten Filament überblendete Hubble-Aufnahme des gewaltigen Galaxienhaufens "MACS J0717.5+3745" (s. unten). Blau eingezeichnet ist die Masseverteilung in diesem Bereich zu erkennen. Das Filament Dunkler Materie ist links des Zentrums des Galaxienhaufens zu sehen. (Eine vergrößerte Aufnahme finden Sie HIER)
| Copyright: NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)
 

Durban (Südafrika) - Mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben internationale Astronomen eine Struktur, die wahrscheinlich aus Dunkler Materie besteht, erstmals in 3D untersucht. Das sogenannte Filament dehnt sich 60 Millionen Lichtjahre von einem der größten bekannten Galaxienhaufen aus und ist Teil der gewaltigen kosmischen Netzstruktur, von der Wissenschaftler vermuten, dass sie das Universum durchzieht und ihm Struktur verleiht. Sollte die große Masse des nun untersuchten Filaments repräsentativ für den Rest des Universums sein, dann könnte dieses kosmische Netz mehr als die Hälfte der Masse im Universum beinhalten.

Die Urknall-Theorie sagt voraus, dass Abweichungen in der Dichte der Materie in den ersten Momenten der Existenz des Universums die Gesamtmasse der Materie im Kosmos zu einem Netz aus verwobenen Filamenten kondensieren ließ. Diese Vorstellung wird von Computersimulationen bestätigt, die nahe legen, dass das Universum netzartig strukturiert ist, in dem sich lange Filamente entlang der Orte von massereichen Galaxienhaufen, also Konzentrationen normaler Materie, miteinander verbinden. Doch obwohl diese Filamente gewaltige Ausmaße besitzen, bestehen sie hauptsächlich aus dunkler Materie, die selbst unsichtbar ist und deswegen auch nur indirekt beobachtet werden kann.

 
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Nachdem bereits zuvor erste überzeugende Hinweise auf einen Teil eines solchen Filaments gefunden wurde, haben die Forscher nun die Struktur eines dieser Filamente erstmals in 3D untersucht und damit zugleich jene möglichen Fehlerquellen eliminiert, die sich aus einer Analyse eines flachen 2D-Abbildung solcher Strukturen ergeben.



Hubble-Aufnahme des Galaxienhaufens "MACS J0717.5+3745". (Eine vergrößerte Aufnahme finden Sie HIER)
| Copyright: NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)


"Filamente dieses kosmischen Netzes dehnen sich sehr weit aus und sind sehr unscharf, was es extrem schwer macht, sie zu entdecken - geschweige denn, sie in 3D zu untersuchen", erläutert Mathilde Jauzac vom Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) und der südafrikanischen University of KwaZulu-Natal, die Hauptautorin der aktuell im Fachjournal "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society " publizierten Studie.

Mit Hilfe der von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagten "Gravitationslinsen", also massereichen Objekten, die Lichtstrahlen ab- bzw. um sich herumlenken, lassen sich verzerrte Bilder dahinter liegender und deutlich entfernterer Objekte rund um die Massenansammlung erkennen. Anhand dieser verzerrten Darstellung entfernter Galaxien, erstellten die Astronomen nun eine Karte der Massenverteilung genau jener Struktur, die für die Verzerrungen verantwortlich ist. Hierzu nutzen sie hochauflösende Aufnahmen des gewaltigen Galaxienhaufens "MACS J0717.5+3745" (kurz MACS J0717), die mit dem Weltraumteleskop "Hubble" gemacht wurden und Gravitationslinsen gut erkennen lassen. Durch die Kombination dieser Aufnahmen mit weiteren Bildern der Galaxien des Haufens, die mit dem "Subaru Telescope", dem "Canada-France-Hawaii Telescope" und spektroskopischen Aufnahmen der Galaxien der Observatorien "WM Keck" und "Gemini" gemacht wurden und eine Bestimmung der jeweiligen Entfernung der einzelnen Galaxien ermöglichten, gelang es den Forschern schlussendlich eine vollständige Ansicht der Form des Filaments zu erstellen, das sich vom Galaxienhaufen hinweg fast genau auf unserer Sichtlinie erstreckt.

Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine 3D-Ansicht der Form und Ausrichtung der Struktur des Filaments, anhand dessen die Wissenschaftler auch Eigenschaften der Struktur - nun ohne Unsicherheiten, wie sie sich aus einem zweidimensionalen Bild ergeben - ableiten können.


Die Geometrie des "MACS J0717"-Filaments aus Erdsicht. Die Struktur verläuft nahezu direkt entlang der Blickachse. (Eine vergrößerte Aufnahme finden Sie HIER)
| | Copyright: NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii), Karen Teramura (University of Hawaii)


Mit einer Länge von mindestens 60 Millionen Lichtjahren, ist das "MACS J0717"-Filament selbst nach astronomischen Maßstäben extrem. Wenn nun auch noch sein Massegehalt als repräsentativ für andere Filamente in der Nähe von großen Galaxienhaufen ist, so könnten diese diffusen Verbindungen zwischen den Knotenpunkten des kosmischen Netzes mehr Masse in Form von Dunkler Materie beinhalten, als bisherige theoretische Berechnungen dies vorhersagen, wenn mehr als die Hälfte aller Masse im Universum in diesen Strukturen verborgen ist.

Mit dem "James Webb Space Telescope", dessen Start NASA, ESA und CSA für 2018 anvisiert haben, wird den Wissenschaftlern also schon in absehbarer Zeit ein weiteres mächtiges Werkzeug zur Untersuchung des kosmischen Netzes zur Verfügung stehen.


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