Montag, 20. Januar 2014

Erstmals abgebildet: Schwarzes Loch beleuchtet kosmisches Netz zwischen den Galaxien


Ausschnitt des kosmischen Netzwerks (türkisfarben) mit einer Ausdehnung von rund zwei Millionen Lichtjahren, in der direkten Umgebung des Quasars "UM 287" (Bildmitte). | Copyright: S. Cantalupo (UCSC)

Santa Cruz (USA) - Von den gängigen kosmologischen Modellen vorhergesagt, stand der direkte Nachweis eines das gesamte Universum durchziehenden Netzwerks aus Filamenten aus heißen Gasen bislang noch aus. Jetzt ist es einem internationalen Astronomenteam gelungen, einen Teil dieses - wahrscheinlich seit dem Urknall unveränderten - kosmischen Netzwerks direkt abzubilden. Hierzu nutzten die Astronomen die intensive Strahlung, die von einem supermassereichen Schwarzen Loch innerhalb eines Quasars erzeugt wird.

Wie die Wissenschaftler um Sebastiano Cantalupo von der University of California at Santa Cruz gemeinsam mit Forschern um Joseph Hennawi und Fabrizio Arrigoni Battaia vom Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) und aktuell im Fachjournal "Nature" (DOI: 10.1038/nature12898) berichten, sagen bisherige Computersimulationen vorher, dass die meisten Atome im Universum auf Größenskalen von Hunderten Millionen Lichtjahren und mehr eine Art Netzwerk aus Filementen aus Wasserstoffgas bilden, die an Knotenpunkten miteinander verbunden sind. Es sind genau diese Knotenpunkte, so die Modellvorhersagen weiter, an denen Galaxien wie unsere Milchstraße entstehen und Wasserstoffgas, das entlang der Filamente auf eine Galaxie fällt, ist eine wichtige Zutat für die Bildung neuer Sterne in solchen Galaxien.


Da das Wasserstoffgas jedoch selbst an den dichtesten dieser Knotenpunkte extrem verdünnt ist und deshalb kaum Licht aussendet, ließ sich diese Vorstellung von der großräumigen Struktur des Kosmos allerdings bisher nicht direkt überprüfen.


www.grenzwissenschaft-aktuell.de
+ + + HIER können Sie unseren täglichen Newsletter bestellen + + +

Schon 2008 entdeckten Astronomen mit dem Röntgenteleskop XXM-Newton dünne und extrem heiße Gase entdeckt, die zwei Galaxienhaufen miteinander verbinden und vermuteten damals, dass es sich hierbei um die gesuchten Stränge des kosmischen Netzwerks handelte (...wir berichteten).


Jetzt ist den deutschen und US-Astronomen erstmals ein direktes Bild eines Teilgebiets des kosmischen Netzwerks gelungen. Hierzu nutzten sie den Umstand, dass sogenannte Quasare wie kosmische Scheinwerfer wirken und nahegelegene Gaswolken anstrahlen können. "Das Kerngebiet einer Galaxie kann zwischenzeitlich zu einem Quasar werden, wenn Materie auf das zentrale, supermassereiche schwarze Loch der Galaxie fällt und dabei gewaltige Energien freisetzt", erläutert die MPIA-Pressemitteilung. "Die Wirtsgalaxie des Quasars sitzt - wie andere größere Milchstraßensysteme auch – an einem der Knoten des kosmischen Netzwerks, und der Quasar kann somit die direkt umliegenden Gasfilamente anstrahlen."


Dabei komme es zum selben Effekt, der auch das Gas in einer Leuchtstoffröhre zum Leuchten anrege: der sogenannten Fluoreszenz. Während jedoch bei einer Leuchtstofflampe der elektrische Strom die zur Anregung nötige Energie liefert, ist es ist es nun das intensive Licht des Quasars "UM 287".


"Das Licht eines solchen Quasars gleicht dem Strahl eines Scheinwerfers. In unserem Falle haben wir das Glück, dass dieser Scheinwerfer direkt auf ein Filament des kosmischen Netzwerks gerichtet ist und dessen Gas zum Leuchten bringt”, sagt Sebastiano Cantalupo.


Mithilfe des Zehn-Meter-Keck I-Teleskops auf Hawaii und einem speziell angefertigten Filter konnten die Astronomen ein Bild des fluoreszierenden Gases aufnehmen. Dessen Licht erreicht uns in einem ganz bestimmten, eng begrenzten Bereich des elektromagnetischen Spektrums - und der Filter lässt genau diese Art von Licht durch.


Das Wasserstoffgas in den praktisch leeren Weiten zwischen den Galaxien haben Astronomen bereits seit Jahrzehnten auf eine andere, indirekte Weise untersucht. Diese Messung erlaubte es allerdings nur, Eigenschaften desjenigen kosmischen Gases zu bestimmen, das sich entlang der Verbindungslinie zwischen einem fernen Hintergrund-Quasar und dem irdischen Beobachter befand. Solch ein eindimensionaler Ausschnitt reiche aber bei Weitem nicht aus, um die gesamte dreidimensionale Struktur des Netzwerks sichtbar zu machen. "Zum ersten Mal ist es gelungen, ein Bild des kosmischen Netzes aufzunehmen, das dessen Filamentstruktur zeigt", sagt Battaia


Computersimulationen des kosmischen Netzwerks aus Gasfilamenten auf Größenskalen von Millionen von Lichtjahren und mehr hin. Die Simulation im Hintergrund zeigt die Verteilung zwar nicht des Gases, aber von Dunkler Materie, die keinerlei Licht aussendet (Bolshoi-Simulation von Anatoly Klypin und Joel Primack). Diese Dunkle Materie bildet das Grundgerüst des kosmischen Netzwerks aus Gas. Das kleinere Bild zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt aus einem Teil des kosmischen Netzwerks. Der Durchmesser des Ausschnitts beträgt zehn Millionen Lichtjahre; die entsprechende Simulation berücksichtigt zusätzlich zur Dunklen Materie auch das kosmische Gas (Simulation: S. Cantalupo). Die intensive Strahlung eines Quasars kann einen Teil des umgebenden kosmischen Netzwerks wie ein Scheinwerfer anstrahlen (dieser Teil ist im kleinen Bild hervorgehoben) und ein Filament des Gases zum Leuchten anregen. Genau das haben Forscher im Falle des Quasars UM 287 beobachtet. | Copyright: A. Klypin/J. Primack und S. Cantalupo

Mit der neuen Beobachtung lassen sich auch die bisherigen Ergebnisse der Supercomputer-Simulationen testen, mit denen Kosmologen die Entstehung großräumiger Strukturen im Universum nachvollziehen.


Tatsächlich gibt bereits die hier beschriebene Studie Hinweise darauf, dass diesen Simulationen offenbar wichtige Elemente fehlen: "So lässt sich aufgrund der Beobachtungen der Gehalt des kosmischen Netzwerks an kühlem Gas abschätzen – und das Ergebnis liegt deutlich über den Vorhersagen der Simulationen!"


"Wenn man verstehen will, wie Galaxien geboren werden, dann muss man wissen, welches Rohmaterial sie für die Sternentstehung zur Verfügung haben - und dieses Rohmaterial beziehen die Galaxien aus dem riesigen kosmischen Netz aus Gasfilamenten", sagt Joseph Hennawi.


Die neuen Beobachtungen stellen das Verständnis in dieser Hinsicht durchaus auf die Probe: Sie legen nahe, dass eine Menge des Gases in Form kleiner, dichter Einzelwolken vorliegt - ein Umstand, den die Modelle derzeit noch nicht berücksichtigen. "Wenn wir hier Klarheit schaffen können, verspricht das wichtige Erkenntnisse über die Galaxienevolution", erläutert Hennawi abschließend.


grenzwissenschaft-aktuell.de

Quelle: ucsc.edu, mpg.de, mpia.de
Copyright: grenzwissenschaft-aktuell.de
(falls nicht anders angegeben)


Für die Inhalte externer Links übernehmen wir keine Verantwortung oder Haftung.


WEITERE MELDUNGEN finden Sie auf unserer STARTSEITE