Seit fast einem Jahrhundert verstehen Astronomen, dass sich das Universum in einem Expansionszustand befindet. Dies ist eine Folge der Allgemeinen Relativitätstheorie, und die Geschwindigkeit, mit der sie sich ausdehnt, wird als Hubble-Konstante bezeichnet - benannt nach dem Mann, der die Phänomene zum ersten Mal bemerkt hat. Astronomen haben jedoch auch gelernt, dass sich Galaxien und Cluster mit den großräumigen Strukturen des Universums auch näher und relativ zueinander bewegt haben.
Seit Jahrzehnten versuchen Astronomen zu verfolgen, wie diese Bewegungen im Laufe der kosmischen Geschichte stattgefunden haben. Und dank der Bemühungen des internationalen Astronomenteams wurde die bislang detaillierteste Karte der Umlaufbahnen von Galaxien erstellt, die im Virgo Supercluster liegen. Diese Karte umfasst die vergangenen Bewegungen von fast 1.400 Galaxien innerhalb von 100 Millionen Lichtjahren im Weltraum und zeigt, wie sich unsere kosmische Nachbarschaft verändert hat.
Die Studie, die ihre Forschung detailliert beschreibt, erschien kürzlich in Das astrophysikalische Journal unter dem Titel „Action Dynamics of the Local Supercluster“. Unter der Leitung von Edward J. Shaya von der University of Maryland gehörten Mitglieder des UH-Instituts für Astronomie, des Racah-Instituts für Physik in Jerusalem und des Instituts für die Erforschung der Grundgesetze des Universums (IRFU) in Paris zum Team.
Für ihre Studie verwendete das Team Daten aus den CosmicFlows-Umfragen, einer Reihe von drei Studien, die die Entfernung und Geschwindigkeit benachbarter Galaxien zwischen 2011 und 2016 berechneten. Mehrere Mitglieder des Studienteams waren an diesen Umfragen beteiligt, die sie dann durchführten gepaart mit anderen Entfernungs- und Schwerefeldschätzungen, um eine massive Strömungsstudie des Virgo Superclusters zu erstellen.
Daraus konnten sie Computermodelle erstellen, die die Bewegungen von fast 1.400 Galaxien innerhalb von 100 Millionen Lichtjahren und über einen Zeitraum von 13 Milliarden Jahren (nur 800 Millionen Jahre nach dem Urknall) aufzeichneten. Brent Tully, Astronom am UH Institute of Astronomy und Mitautor der Studie, erklärte in einer Pressemitteilung der UH:
„Zum ersten Mal visualisieren wir nicht nur die detaillierte Struktur unseres lokalen Superclusters von Galaxien, sondern sehen auch, wie sich die Struktur im Laufe der Geschichte des Universums entwickelt hat. Eine Analogie ist das Studium der aktuellen Geographie der Erde aus der Bewegung der Plattentektonik. “
Sie fanden heraus, dass ihre Modelle gut zum heutigen Geschwindigkeitsfluss passen, was bedeutet, dass die Strukturen und Geschwindigkeiten, die sie in ihren Modellen beobachteten, mit dem übereinstimmen, was in der heutigen Zeit von Galaxien beobachtet wurde. Sie stellten auch fest, dass der Hauptanziehungskraftattraktor innerhalb des von ihnen kartierten Weltraums der Virgo-Cluster ist, der sich etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt befindet und zwischen 1300 und 2000 Galaxien enthält.
Darüber hinaus ergab ihre Studie, dass in den letzten 13 Milliarden Jahren mehr als tausend Galaxien in den Virgo-Cluster gefallen sind, während alle Galaxien innerhalb von 40 Millionen Lichtjahren des Clusters schließlich eingefangen werden. Gegenwärtig liegt die Milchstraße etwas außerhalb dieser Eroberungszone, aber sowohl die Milchstraße als auch die Andromeda-Galaxie sollen in den nächsten 4 Milliarden Jahren verschmelzen.
Sobald dies der Fall ist, wird das Schicksal der resultierenden massiven Galaxie dem Rest der Galaxien im Untersuchungsgebiet ähnlich sein. Dies war eine weitere Erkenntnis aus der Studie, in der das Team feststellte, dass diese Fusionsereignisse lediglich Teil eines größeren Musters sind. Grundsätzlich gibt es innerhalb des beobachteten Raumbereichs zwei übergreifende Strömungsmuster. Innerhalb einer Hemisphäre dieser Region strömen alle Galaxien - einschließlich der Milchstraße - auf ein einzelnes flaches Blatt zu.
Gleichzeitig bewegt sich jede Galaxie über das gesamte Raumvolumen in Richtung Gravitationsattraktoren, die sich weit außerhalb des Untersuchungsgebiets befinden. Sie stellten fest, dass diese äußeren Kräfte nichts anderes als der Centaurus Supercluster - ein Cluster von Hunderten von Galaxien, die sich in der Centaurus-Konstellation etwa 170 Millionen Lichtjahre entfernt befinden - und der Große Attraktor sind.
Der Große Attraktor befindet sich 150 Millionen Lichtjahre entfernt und ist eine mysteriöse Region, die aufgrund ihrer Lage (auf der gegenüberliegenden Seite der Milchstraße) nicht zu sehen ist. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler jedoch, dass sich unsere Galaxie und andere nahe gelegene Galaxien darauf zubewegen. Die Region ist auch der Kern des Laniakea Superclusters, einer Region, die mehr als 500 Millionen Lichtjahre umfasst und etwa 100.000 große Galaxien enthält.
Kurz gesagt, während sich das Universum in einem Expansionszustand befindet, deutet die Dynamik von Galaxien und Galaxienhaufen darauf hin, dass sie sich immer noch zu engeren Strukturen hingezogen fühlen. In unserer kosmischen Nachbarschaft ist der Hauptattraktor eindeutig der Virgo-Cluster, der alle Galaxien in einem Radius von 40 Millionen Lichtjahren betrifft. Darüber hinaus ziehen der Centaurus Supercluster und der Great Attractor (als Teil des größeren Laniakea Superclusters) an unseren Saiten.
Durch die Darstellung dieses Anziehungsprozesses, der in den letzten 13 Milliarden Jahren stattgefunden hat, können Astronomen und Kosmologen sehen, wie sich unser Universum im Laufe des größten Teils seiner Geschichte entwickelt hat. Mit der Zeit und verbesserten Instrumenten, die in der Lage sind, noch tiefer in den Kosmos zu blicken (wie das James Webb-Weltraumteleskop), wird erwartet, dass wir noch weiter zurück zum Beginn des Kosmos suchen können.
Die Darstellung, wie sich unser Universum im Laufe der Zeit verändert hat, bestätigt nicht nur unsere kosmologischen Modelle und verifiziert vorherrschende Theorien darüber, wie sich Materie auf der größten Skala verhält (d. H. Allgemeine Relativitätstheorie). Es ermöglicht Wissenschaftlern auch, die Zukunft unseres Universums mit einem angemessenen Maß an Sicherheit vorherzusagen und zu modellieren, wie Galaxien und Supercluster schließlich zusammenkommen, um noch größere Strukturen zu bilden.
Das Team erstellte außerdem ein Video mit den Ergebnissen seiner Studie sowie ein interaktives Modell, mit dem Benutzer den Referenzrahmen aus mehreren Blickwinkeln untersuchen können. Schauen Sie sich unbedingt das folgende Video an und gehen Sie zur UH-Seite, um auf das interaktive Modell zuzugreifen.
