Um die Beschaffenheit unseres Kosmos zu verstehen, benötigen wir eine präzise Karte der Galaxienverteilung. Jahrzehntelang vermuteten Astronomen, dass sich hinter der dichten Staubscheibe der Milchstraße am Himmel etwas Enormes verbirgt. Indirekte, kaum wahrnehmbare Verzerrungen in der Bewegung von Galaxien wurden entdeckt, die auf unerklärte Gravitationskräfte hindeuteten. Doch die Struktur selbst und ihre Größe blieben in einem schwer zu beobachtenden Teil des Himmels verborgen.
Mithilfe des südafrikanischen Radioteleskops MeerKAT konnten Astronomen diese verborgene Masse nun genauer untersuchen. Die Ergebnisse sind als Preprint auf arXiv verfügbar und wurden bei der UC Berkeley eingereicht. Zeitschrift für Astronomie und Astrophysik , Dies ist die bisher detaillierteste Aufnahme des Vela-Superhaufens. Dieser erst 2016 entdeckte, kolossale Galaxienhaufen liegt etwa 800 Millionen Lichtjahre entfernt und erstreckt sich über einen Durchmesser von rund 300 Millionen Lichtjahren.
Der Vela-Superhaufen liegt jenseits einer der größten Herausforderungen der Astronomie: der Vermeidungszone. Diese Region, in der die dichte Ebene der Milchstraße sichtbares Licht blockiert, verdeckt fast ein Fünftel des Himmels. Optische Teleskope können sie schlichtweg nicht durchdringen. «Vela war so etwas wie ein Gespenst», sagt Renée Kraan-Korteweg, Professorin für Astronomie an der Universität Kapstadt und Expertin für großräumige Strukturen im lokalen Universum. Kraan-Korteweg leitete das Team, das den Vela-Superhaufen entdeckte, und ist Mitautorin dieser Studie. «Wir konnten seine Existenz zwar erahnen, aber seine genaue Größe nicht bestimmen.».
Die 2018 gestartete Raumsonde MeerKAT revolutioniert die Erforschung des Vela-Galaxiennebels durch die Nutzung von Radiowellen. Anstatt auf Sternenlicht zurückzugreifen, das von Staub absorbiert wird, detektiert sie die Emissionslinie von neutralem Wasserstoff bei einer Wellenlänge von 21 Zentimetern (im Radiobereich) – ein Signal, das Staub nahezu ungehindert durchdringt. Der Einsatz dieser Sonde zur Erforschung des Vela-Galaxiennebels hat sich als bahnbrechend erwiesen.
Ein Blick durch die Milchstraße
Das MeerKAT-Teleskop kann schwache Wasserstoffsignale in Galaxien hinter der Milchstraße nachweisen. Jede dieser Messungen hat ihren eigenen, einzigartigen «Fingerabdruck»: Die Frequenz der Wasserstofflinie verschiebt sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Galaxienentfernung – ein Phänomen, das als Rotverschiebung bezeichnet wird. Da die Entfernungsgeschwindigkeit aufgrund der Expansion des Universums von der Entfernung abhängt, ermöglicht die Messung dieser Verschiebung die Bestimmung der Entfernung zur Galaxie.
«Indem wir die neutrale Wasserstofflinie in Tausenden von Galaxien verfolgen, rekonstruieren wir effektiv ihre Struktur in drei Dimensionen», erklärt Constantinos Kolokitas, Radioastronom am South African Radio Astronomy Observatory und Forscher an der Rhodes University, der an der jüngsten Studie nicht beteiligt war.
Die Studie entdeckte über 2.000 bisher unbeobachtete Galaxien und schloss damit eine Lücke in den kosmischen Karten. Was anfänglich als schwacher Materiehaufen erschien, hat sich nun zu einer massiven Struktur mit zwei dichten Kernen entwickelt, die sich wahrscheinlich innerhalb eines größeren Gravitationssystems aufeinander zubewegen.
Entscheidend ist, dass das Wasserstoffsignal mehr leistet, als nur die Positionen von Galaxien anzuzeigen. Es verfolgt zwar den Wasserstoffanteil in der gesamten Galaxienpopulation, ist aber besonders effektiv bei der Identifizierung kühlerer, dichterer Gasvorkommen – dem Rohmaterial, aus dem neue Sterne entstehen. In diesem Sinne offenbart die Karte nicht nur die Lage von Materie, sondern auch, wo in Zukunft günstige Bedingungen für die Sternentstehung entstehen könnten.
Verstecktes Schwergewicht
Nachdem Vela kartiert wurde, ist ihre gewaltige Dimension nicht mehr zu übersehen. Man schätzt, dass die Struktur 30 Millionen Billionen (3 x 10¹⁶) Sonnenmassen an Material enthält und damit zu den massereichsten bekannten Strukturen im nahen Universum zählt. Ihr enormer Gravitationseinfluss verändert das Verständnis der Astronomen von Bewegungen im kosmischen Maßstab.
«In der Kosmologie bestimmt die Masse das Schicksal», sagt Kolokitas. «Solche Strukturen erzeugen Gravitationsbecken, Regionen, die Galaxien nach innen ziehen und zu großräumigen Strömungen führen.» Dies hat weitaus größere Auswirkungen auf unseren Planeten, als es zunächst scheinen mag.
Astronomen wissen seit Langem, dass sich die Lokale Gruppe der Galaxien – die Milchstraße, die Andromeda-Galaxie und ihre Satelliten – mit etwa 2,2 Millionen km/h relativ zur kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die das gesamte Universum durchdringt, durch den Weltraum bewegt. Die Gravitationskraft bekannter Strukturen wie des Großen Attraktors und der Shapley-Konzentration erklärt einen Großteil dieser Bewegung. Aber nicht alles. Vela scheint einen Teil dieser fehlenden Gravitationskraft beizusteuern.
Aufgrund seiner Position und Masse leistet es einen bedeutenden Beitrag zur Bewegung unserer Galaxie und hilft so, eine lange bestehende Diskrepanz in kosmischen Strömungsmodellen aufzulösen.
Über seine Rolle als Gravitationskörper hinaus beweist Vela die Tatsache, dass das Universum, das wir erforscht haben, unvollständig ist.
Historisch gesehen haben Astronomen die Vermeidungszone oft implizit als eine Region von geringerer Bedeutung betrachtet, eine leere Fläche, in der sich vermutlich wenig von Bedeutung befindet. Vela hat diese Annahme in Frage gestellt. «Das ist keine bloße Kleinigkeit», sagt Kraan-Korteweg. „Wir sprechen hier von Strukturen im Maßstab der größten bekannten Formationen im Universum, die direkt vor unseren Augen verborgen sind.“.
Wenn es einer solchen Struktur gelungen ist, so lange unentdeckt zu bleiben, dann warten möglicherweise noch weitere in den Startlöchern.
Diese 3D-Karte zeigt Superstrukturen im lokalen Universum. Die gekrümmten Bereiche um jede Struktur stellen «Ansammlungen» von Materie dar, und die farbigen Linien zeigen die Bewegung von Galaxien. Bildnachweis: Jérôme Leca, RSA Cosmos, Saint-Étienne, Frankreich (CC BY-ND 4.0)
Tiefer gehen
Die Beobachtungen von MeerKAT zählen bereits zu den empfindlichsten, die jemals am Südhimmel durchgeführt wurden, doch sie sind nur ein Vorbote dessen, was noch kommen wird. Das bevorstehende Square Kilometre Array (SKA)-Projekt wird die Radioteleskop-Durchmusterungen vertiefen, indem es lichtschwächere Galaxien aufspürt und die feinen Verbindungen aufspürt, die Supercluster zu einem größeren kosmischen Netzwerk verbinden, das sich durch das gesamte Universum erstreckt.
Wenn das MeerKAT-Teleskop den Kern von Vela entdeckt hat, könnte das SKA aufdecken, wie dieser mit noch größeren Strukturen verbunden ist, die jenseits unserer derzeitigen Beobachtungsmöglichkeiten liegen. Mit der Zeit könnte die Ausweichzone verschwinden, sobald Astronomen lernen, durch sie hindurchzusehen.
Selbst in einem gut erforschten Universum können große Strukturen unentdeckt bleiben, und Velas Entdeckung beweist dies. Was einst ein blinder Fleck war, ist nun zu einer der aufschlussreichsten Regionen des Himmels geworden und der Schlüssel zum Verständnis der Bewegung von Galaxien, einschließlich unserer eigenen, im Raum. In diesem Sinne fügt diese Entdeckung der Karte nicht einfach nur eine weitere Struktur hinzu. Sie verfeinert die Karte selbst.
Der Artikel «Riesiger Supercluster hinter der Milchstraße entdeckt» erschien zuerst in der Zeitschrift Astronomy Magazine.