“Nadel im Heuhaufen”
Doch das ist schwierig: Weil die Gasfilamente so verdünnt sind, senden sie selbst kein Licht aus, sie sind weitgehend unsichtbar. Aufspüren lassen sie sich nur indirekt: Durch die winzige Lichtmenge, die das Gas schluckt, wenn das Licht von hinter den Fäden liegenden Lichtquellen hindurchfällt. Astronomen haben bisher meist ferne Galaxien oder Quasare für diese Art von Kartierung genutzt, für Details der Struktur reichten diese Lichtquellen jedoch nicht aus. Eine andere Lösung haben nun Alberto Rorai vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und seine Kollegen gefunden. Um das kosmische Netzwerk auf deutlich kleineren Größenskalen als bisher zu untersuchen, nutzten die Astronomen extrem seltene, zufällige Anordnungen von Quasaren aus: Quasarpaare, die von der Erde aus dicht am Himmel nebeneinander stehen. Vergleicht man die spektrale Zusammensetzung und Lichtabsorption beider Quasare, dann können die Unterschiede verraten, wie dicht das intergalaktische Medium ist, das beide Strahlen durchleuchtet haben. Dadurch lassen sich selbst kleinräumige Unterschiede in der kosmischen Gasverteilung aufspüren.
Allerdings: “Solche Quasarpaare zu finden ist wie die Suche nach der berühmten Nadel im Heuhaufen”, sagt Koautor Joseph Hennawi vom MPIA. Zuvor sei gerade einmal eine Handvoll so enger Quasarpaare bekannt gewesen. “Um mehr davon zu finden, durchforsteten wir Aufnahmen von Milliarden kosmischer Objekte, die Millionenfach lichtschwächer sind als alles, was man mit bloßem Auge sehen kann.” Die Forscher werten dafür die Daten des Keck-Teleskops auf Hawaii, des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwate in Chile und des Magellan Teleskops auf den Kanaren aus. Und sie wurden fündig: Immerhin 25 geeignete Quasarpaare entdeckten die Astronomen. Damit war die Arbeit allerdings noch nicht getan: “Eine der größten Herausforderungen bestand darin, statistische Werkzeuge zu entwickeln, um die winzigen Unterschiede im Licht der Quasarpaare quantitativ zu beschreiben”, berichtet Rorai. Erst spezielle Algorithmen und Hochleistungsrechner ermöglichten die Auswertungen. Auf einem einzigen Laptop hätten diese komplexen Rechnungen fast hunderttausend Jahre Rechenzeit beansprucht. Mithilfe moderner Supercomputer konnten die Forscher sie binnen weniger Wochen durchführen.
Detailblick auf die Netzstruktur
Das Ergebnis: Erstmals gelang es den Astronomen, einen Teil des kosmischen Netzwerks so genau wie nie zuvor zu kartieren. Obwohl die kartierten Regionen mehr als elf Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind, werden noch Strukturunterschiede auf Größenskalen von nur einigen hunderttausend Lichtjahren sichtbar – vergleichbar der Größe einzelner Galaxien. Das Interessante daran: Die neue 3D-Karte zeigt nicht nur die Feinstruktur des kosmischen Netzwerks genauer als bisher, sie blickt auch zurück in die Vergangenheit. Denn die Gasfilamente in dieser Karte repräsentieren den Zustand des kosmischen Netzwerks rund zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall. Die hier sichtbaren Materieverteilungen und Strukturen können daher auch Aufschluss darüber geben, wie sich unser Universum zu dem entwickelte, das es heute ist. “Ich habe mich sehr gefreut, dass die neuen Messungen zu den gängigen Vorstellungen dafür passen, wie kosmische Strukturen entstehen” sagt Jose Oñorbe vom MPIA. Dies zeigte sich, als die Astronomen ihre Karte mit Computersimulationen der kosmischen Entwicklung verglichen.
