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VLT
Ein detaillierter Blick auf ein Filament des kosmischen Netzes
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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4. Februar 2025

 Einem internationalen Forschungsteam ist dank intensiver Beobachtungen mit einem Instrument des Very Large Telescope der ESO in Chile ein einzigartiger, gestochen scharfer Blick auf ein Filament des kosmischen Netzes gelungen, das zwei aktive Galaxien miteinander verbindet. Wir sehen das Filament zu einer Zeit, zu der das Universum erst etwa zwei Milliarden Jahre alt war.

Filament

Das Bild zeigt das diffuse Gas (gelb bis violett) im kosmischen Filament, das zwei Galaxien (gelbe Sterne) verbindet und sich über eine gewaltige Entfernung von drei Millionen Lichtjahren erstreckt. Bild: Davide Tornotti / Universität Mailand-Bicocca [Großansicht]

Ein Eckpfeiler der modernen Kosmologie ist die Existenz der Dunklen Materie, die etwa 85 Prozent der gesamten Materie im Universum ausmacht. Unter dem Einfluss der Schwerkraft bildet die Dunkle Materie ein komplexes kosmisches Netz aus Filamenten, an deren Schnittpunkten die hellsten Galaxien entstehen. Dieses kosmische Netz dient als Gerüst, auf dem alle sichtbaren Strukturen im Universum aufgebaut sind: In den Filamenten strömt Gas und treibt die Sternentstehung in den Galaxien an.

Direkte Beobachtungen, wie diese Galaxien mit Brennstoff versorgt werden, könnten unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien verbessern. Die Untersuchung des Gases in diesem kosmischen Netz ist jedoch eine äußerst schwierige Aufgabe. Bisher wurde intergalaktisches Gas vor allem indirekt nachgewiesen, wenn es das Licht heller Hintergrundquellen absorbiert. Die Beobachtungsergebnisse lassen jedoch keine Rückschlüsse auf die Verteilung dieses Gases zu. Selbst das häufigste Element, Wasserstoff, sendet nur ein schwaches Leuchten aus, so dass es für Instrumente der früheren Generation praktisch unmöglich war, dieses Gas direkt zu beobachten.

In der jetzt vorgestellten Studie ist es einem internationalen Team unter der Leitung von Forschern der Universität Mailand-Bicocca und mit Beteiligung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPA) nun gelungen, ein bisher unerreicht hochaufgelöstes Bild eines kosmischen Filaments zu erzeugen. Dazu nutzten sie MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer), einen innovativen Spektrografen am Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO in Chile. Trotz der fortschrittlichen Möglichkeiten dieses hochentwickelten Instruments benötigte die Forschungsgruppe eine der ehrgeizigsten MUSE-Beobachtungskampagnen, die jemals in einer bestimmten Himmelsregion durchgeführt wurde, und sammelte Hunderte von Stunden an Daten, um das Filament mit hoher Signifikanz nachzuweisen.

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Die Studie unter der Leitung von Davide Tornotti, Doktorand an der Universität Mailand-Bicocca, nutzte diese äußerst präzisen Daten, um das bisher schärfste Bild eines kosmischen Filaments zu erzeugen. Das Filament erstreckt sich über drei Millionen Lichtjahre und verbindet zwei Galaxien, in denen sich jeweils ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch befindet. Die Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten, die Eigenschaften des Gases in intergalaktischen Filamenten direkt zu bestimmen und unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Galaxien zu verbessern.

"Durch den Nachweis des schwachen Lichts, das von diesem Filament ausgeht und fast zwölf Milliarden Jahre unterwegs war, bevor es die Erde erreichte, konnten wir seine Form genau bestimmen", erklärt Tornotti. "Zum ersten Mal konnten wir mit direkten Messungen die Grenze zwischen dem Gas in den Galaxien und der Materie im kosmischen Netz verfolgen." Mithilfe von Supercomputer-Simulationen des Universums, die am MPA durchgeführt wurden, berechneten die Forschenden Vorhersagen über die zu erwartende Emission des Filaments unter Berücksichtigung des aktuellen kosmologischen Modells. "Der Vergleich mit dem neuen, hochaufgelösten Bild des kosmischen Netzes zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen der aktuellen Theorie und den Beobachtungen", so Tornotti.

Diese Entdeckung und die vielversprechende Übereinstimmung mit Supercomputer-Simulationen sind der Schlüssel zum Verständnis des diffusen Gases in der Umgebung von Galaxien und eröffnen neue Möglichkeiten zur Bestimmung der Brennstoffversorgung von Galaxien. Fabrizio Arrigoni Battaia, an der Studie beteiligter MPA-Wissenschaftler, fasst zusammen: "Wir sind begeistert von dieser direkten, hochaufgelösten Beobachtung eines kosmischen Filaments. Aber wie man in Bayern sagt: Eines ist keines. Deshalb sammeln wir weitere Daten, um noch mehr solcher Strukturen zu entdecken, mit dem Ziel, ein umfassendes Bild davon zu erhalten, wie das Gas im kosmischen Netzwerk verteilt ist und strömt."

Über ihre Beobachtungen berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature Astronomy erschienen ist. Ein Ansicht des Filaments war bereits am Freitag als unser Bild des Tages zu sehen.

Forum
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siehe auch
Kosmologie: Die Rotation der kosmischen Filamente - 15. Juni 2021
Very Large Telescope: Filamente des kosmischen Netzwerks - 22. März 2021
eROSITA: Blick auf das kosmische Netz - 18. Dezember 2020
Keck: Das kosmische Netz durchleuchtet - 22. Oktober 2014
Keck: Quasar beleuchtet kosmisches Netz - 21. Januar 2014
Links im WWW

Tornotti, D. et al. (2025): High-definition imaging of a filamentary connection between a close quasar pair at z=3, Nat Astron (arXiv.org-Preprint) 
Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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