Auf den größten Skalen erstrecken sich Netzwerke gasförmiger Filamente über Hunderte Millionen Lichtjahre und verbinden massive Galaxienhaufen. Aber dieses Gas ist so selten, dass es nicht direkt zu sehen ist.
Seit Jahren verwenden Astronomen Quasare - brillante galaktische Zentren, die von supermassiven Schwarzen Löchern angetrieben werden, die schnell Material ansammeln -, um die ansonsten unsichtbare Materie abzubilden.
Jetzt ist es erstmals einem Team von Astronomen unter der Leitung von Khee-Gan Lee, einem Post-Doc am Max-Planck-Institut für Astronomie, gelungen, mithilfe von eine dreidimensionale Karte der großräumigen Struktur des Universums zu erstellen entfernte Galaxien. Und die Vorteile sind zahlreich.
Die Wissenschaft hat immer so etwas gemacht: Wenn das helle Licht eines entfernten Quasars auf die Erde wandert, trifft es auf die dazwischen liegenden Wasserstoffgaswolken und wird teilweise absorbiert. Dies hinterlässt dunkle Absorptionslinien im Spektrum des Quasars.
Wenn das Universum statisch wäre, würden sich die dunklen Absorptionslinien immer an derselben Stelle (121 Nanometer für die sogenannte Lyman-Alpha-Linie) im Spektrum des Quasars befinden. Aber weil sich das Universum ausdehnt, fliegt der entfernte Quasar mit hoher Geschwindigkeit von der Erde weg. Dadurch wird das Licht des Quasars gestreckt, sodass jede dazwischenliegende Wasserstoffgaswolke ihre Absorptionssignatur in einen anderen Bereich des Quasarspektrums einprägt und einen Linienwald hinterlässt.
Daher können detaillierte Messungen der Spektren mehrerer Quasare nahe beieinander tatsächlich die dreidimensionale Natur der dazwischenliegenden Wasserstoffwolken aufdecken. Aber Galaxien sind fast 100-mal zahlreicher als Quasare. Theoretisch sollten sie also eine viel detailliertere Karte bereitstellen.
Das einzige Problem ist, dass Galaxien auch etwa 15-mal schwächer sind als Quasare. Die Astronomen dachten also, sie seien einfach nicht hell genug, um im fernen Universum gut zu sehen. Aber Lee führte Berechnungen durch, die etwas anderes nahelegten.
"Ich war überrascht, dass vorhandene große Teleskope bereits in der Lage sein sollten, ausreichend Licht von diesen schwachen Galaxien zu sammeln, um die Absorption im Vordergrund abzubilden, wenn auch mit einer niedrigeren Auflösung, als dies mit zukünftigen Teleskopen möglich wäre", sagte Lee in einer Pressemitteilung. "Dennoch würde dies einen beispiellosen Blick auf das kosmische Netz bieten, das noch nie in so großen Entfernungen abgebildet wurde."
Lee und seine Kollegen verwendeten das 10-Meter-Keck-I-Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii, um die fernen Galaxien und den Wald der Wasserstoffabsorption, die in ihre Spektren eingebettet sind, genauer zu betrachten. Aber auch das Wetter in Hawaii kann hässlich werden.
"Wir waren ziemlich enttäuscht, da das Wetter schrecklich war und wir nur wenige Stunden gute Daten sammeln konnten", sagte Co-Autor Joseph Hennawi, ebenfalls vom Max-Planck-Institut für Astronomie. "Aber gemessen an der Datenqualität, als sie vom Teleskop kam, war mir bereits klar, dass das Experiment funktionieren würde."
Das Team konnte nur vier Stunden lang Daten sammeln. Aber es war immer noch beispiellos. Sie betrachteten 24 entfernte Galaxien, die eine ausreichende Abdeckung eines kleinen Teils des Himmels ermöglichten und es ihnen ermöglichten, die Informationen in einer dreidimensionalen Karte zu kombinieren.
Die Karte zeigt die großräumige Struktur des Universums, als es nur ein Viertel seines gegenwärtigen Alters war. Das Team hofft jedoch, die Karte bald analysieren zu können, um weitere Informationen über die Funktion der Struktur zu erhalten - nach den Strömungen des kosmischen Gases, das von Hohlräumen auf entfernte Galaxien geleitet wird. Es wird eine einzigartige historische Aufzeichnung darüber liefern, wie die Galaxienhaufen und Hohlräume aufgrund von Inhomogenitäten im Urknall gewachsen sind.
Die Ergebnisse wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht und sind online verfügbar.
