Struktur des Kosmos

Großräumige Struktur

Astronomie und Kosmologie untersuchen das Universum um die Struktur des Universums im großen Maßstab zu verstehen. Zur Zeit sind bereits viele Strukturen bekannt: Sterne sind in Galaxien zusammengefasst, Galaxien wiederum in Galaxienhaufen und diese dann in Superhaufen, welche durch Voids getrennt werden. Bis 1989 wurde angenommen, dass die Superhaufen die größten Strukturen in unserem Universum sind und relativ gleichmäßig über den gesamten Raum verteilt sind. 1989 entdeckten Margaret Geller und John Huchra dann mithilfe von Daten aus der Untersuchung der Rotverschiebung die Große Mauer. Dies ist eine Ansammlung von Sternen mit einer Länge von 500 Lichtjahren, einer Breite von 200 Lichtjahren und einer Tiefe von lediglich 15 Lichtjahren. Die Große Mauer blieb so lange unbemerkt, weil für ihre Entdeckung die Erfassung der Position von Galaxien in drei Dimensionen notwendig war. Dies wurde erreicht, indem die Ortsdaten der Galaxien mit den Entfernungsdaten aus der Rotverschiebung kombinierte.

In neueren Untersuchungen erscheint der Kosmos als Ansammlung blasenartiger Voids, die durch Galaxiebänder und -wände getrennt werden. Die Superhaufen sind dabei ab und zu auftretende dichtere Knoten.

Etwa 250 Millionen Kilometer vom Virgo-Galaxienhaufen, in dem auch die Milchstraße liegt, befindet sich eine gravimetrische Anomalie, genannt großer Attraktor. Diese Anomalie zieht Galaxien bis zu einer Entfernung von mehreren hundert Millionen Lichtjahren an. Das Licht all dieser Galaxien ist zwar nach dem Hubble-Gesetz verschoben, aber die feinen Unterschiede in der Rotverschiebung ermöglichen es den großen Attraktor nachzuweisen, oder zumindest die Existenz einer Masseansammlung in der Größenordnung mehrerer zehntausender Galaxien. Er liegt in Richtung der Sternbilder Hydra und Zentaur. Im Zentrum des großen Attraktors liegt der fast durch die Milchstraßenscheibe verborgene Norma-Galaxienhaufen. In seiner Umgebung befindet sich eine Ansammlung vieler großer und alter Galaxien, von denen viele miteinander zusammenstoßen und/oder große Mengen an Strahlung abgeben.

Eine andere Möglichkeiten etwas über die großräumige Struktur des Kosmos in Erfahrung zu bringen ist der sogenannte Lyman-Wald. Dies ist eine Ansammlung von Spektrallinien in dem Licht von Quasaren. Sie gelten als relativ sicheres Anzeichen für die Existenz von riesigen interstellaren Gaswolken (die hauptsächlich aus Wasserstoff bestehen. Diese Gaswolken wiederum scheinen die Bildung neuer Galaxien zu beeinflussen.

Es gab gelegentlich die Behauptung, das die Rotverschiebung gequantelt ist. Allerdings ist dies ein kontroverses Thema. Es existieren zahlreiche Studien zu diesem Phänomen, allerdings ist der Effekt nicht allgemeien als real akzeptiert.

Die Erforschung der großräumigen Strukturen des Alls wird durch sogenannte Gravitationslinsen erschwert. Diese krümmen den Verlauf von Lichtstrahlen, so dass das Bild eines Objektes in einer anderen Richtung liegen kann, als das Objekt selber. Dies wird durch Objekte im Vordergrund (z.B. Galxien) verursacht, die (nach der alllgemeinen Relativitätstheorie) den Raum um sich krümmen und so die Lichtstrahlen ablenken. Starke Gravitationslinsen sind dabei sogar nützlich, denn sie können entfernte Galaxien vergrößern, die so einfacher zu entdecken sind. Die schwache gravimetrische Scherung durch das zwischen Quelle und Beobachter liegende Universum kann die beobachtete Struktur dabei entscheidend verändern. Diese Schreung wiederum kann zur Verifikation verschiedener kosmologischer Modelle dienen.

Die großräumige Struktur des Weltalls wird allerdings durch die alleinige Verwendung der Rotverschiebung zur Entfernungbestimmung nicht realistisch widergegeben. Zum Beispiel würden Galaxien hinter einem Cluster von diesem angezogen werden und so geringfügig blauverschoben sein (im Vergleich zur Situatuion ohne den Cluster). Vor dem Cluster hingegen wären die Galaxien geringfügig rotverschoben. Die Umgebung des Clusters würde also etwas plattgedrückt erscheinen. Ein entgegengesetzter Effekt ist an den Galaxien in einem Cluster zu beobachten: Diese besitzen irgendwelche zufälligen Bewegungen um das Zentrum des Clusters, die wenn in eine Rotverschiebung umgewandelt ein gestrecktes Bild ergeben. Dies verursacht eine Erscheinung, die als Finger Gottes bekannt ist: die Illusion einer ganzen Reihe von Galaxien, die auf die Erde zeigen.

In der Kosmologie wird versucht ein Modell der Großraumstruktur unseres Universums zu schaffen. Dabei werden vor allem das Urknallmodell und Annahmen über die Art der Materie im Universum zugrunde gelegt. Damit ist es möglich Vorhersagen über die Verteilung der Materie im All zu machen, welche mit den Beobachtungen verglichen werden und es so ermöglichen die Theorien zu verbessern. Zurzeit legen die Beobachtungen nahe, dass der gößte Teil des Universums aus kalter, dunkler Materie besteht. Theorien, die hingegen mit heißer, dunkler oder baryonischer, dunkler Materie arbeiten liefern keine guten Vorhersagen. Andere Möglichkeiten diese Modelle zu betrachten sind auf Grundlage minimaler Schwankungen in der kosmologischen Hintergrundstrahlung oder aber mit stark rotverschobenen Supernovae möglich. Dabei gibt es einen wachsenden Konsens, dass alle diese Ansätze ein Ergebnis liefern: Wir leben in einem beschleunigten Universum.