Astronomie : Wo der Himmel leer ist

Astronomen haben ein riesiges Loch im All entdeckt. Dort gibt es keine Sterne, nicht einmal dunkle Materie.

Rainer Kayser
Kosmische Muster Foto: Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Kosmisches Muster. Diese Computersimulation zeigt die langgezogenen Strukturen, zu denen sich Materie nach dem Urknall...Foto: Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching

Im Sternbild Eridanus gähnt ein gewaltiges Loch im Universum. Es durchmisst nahezu eine Milliarde Lichtjahre und enthält offenbar weder Galaxien noch dunkle Materie. Das von einem amerikanischen Forscherteam entdeckte Loch ist rund sechs bis zehn Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und stellt die Astronomen vor ein Rätsel.

„Niemand hat bisher ein so großes Loch gefunden – und auch wir haben nicht erwartet, ein Loch dieser Größe zu finden“, erklärt Lawrence Rudnick von der Universität von Minnesota, der gemeinsam mit seinen Kolleginnen Shea Brown und Liliya Williams den Leerraum aufgespürt hat. Ähnliche Regionen ohne Galaxien – englisch „voids“ genannt – kennen die Astronomen zwar seit langem, doch die bisher bekannten Leerräume sind erheblich kleiner als das jetzt von Rudnick und seinem Team entdeckte Loch. „Es hat das tausendfache Volumen eines typischen Leerraums, wie wir ihn eigentlich an dieser Stelle erwartet haben“, sagt Rudnick.

Bereits vor drei Jahren lieferte WMAP, ein Satellit der amerikanischen Weltraumbehörde Nasa, erste Hinweise darauf, dass die Region im Sternbild Eridanus ungewöhnlich ist. WMAP – die Abkürzung steht für Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – misst die kosmische Hintergrundstrahlung, eine Art Radioecho des Urknalls.

Aus winzigen Temperaturschwankungen in dieser Hintergrundstrahlung können die Forscher unter anderem Rückschlüsse auf die Materieverteilung im Kosmos ziehen. Im Sternbild Eridanus war WMAP auf einen ungewöhnlich großen kühlen Fleck gestoßen. Dort ist die Strahlung rund ein millionstel Grad kühler als in der Umgebung. Allerdings war bislang unklar, ob diese Schwankung ihren Ursprung bereits in einer Unregelmäßigkeit des Urknalls hat oder erst dadurch zustande kommt, dass die Strahlung auf dem Weg zur Erde eine Zone mit deutlich niedrigerer Materiedichte durchquert. Um der Ursache für den kalten WMAP-Fleck auf die Spur zu kommen, haben Rudnick und seine Kolleginnen die Daten einer Radiodurchmusterung des Himmels mit dem Very Large Array (VLA) herangezogen.

Das VLA ist eine aus 27 jeweils 25 Meter großen Radioantennen bestehende Anlage im US-Bundesstaat New Mexico. Die Suche mit dem VLA zeige zwar nur Galaxien und Quasare, die Radiostrahlung aussenden, „aber diese Radioquellen weisen sehr gut darauf hin, wie die Materie im Kosmos verteilt ist“, sagt Rudnick. „Sie signalisieren, dass sich in ihrer Umgebung weitere Galaxien, Galaxienhaufen und Anhäufungen von dunkler Materie befinden.“

Wie von den Forschern erhofft, zeigen die VLA-Daten in der fraglichen Region im Eridanus eine „bemerkenswert verringerte Anzahl von Galaxien“, so Rudnick. Diese befinden sich vor oder hinter dem Leerraum. Aus der Verringerung der Zahl der Galaxien lässt sich auf die Größe des Lochs schließen. Die Größe der Region übertrifft die Erwartungen der Astronomen bei weitem. So fügen sich der kalte Fleck des WMAP-Satelliten und die galaxienarme Zone der VLA-Durchmusterung zum Bild des bislang größten Lochs im Kosmos zusammen.

Dass die Materie im Universum sehr ungleichmäßig verteilt ist, wissen die Astronomen schon seit Jahrzehnten. Sterne bilden Galaxien, Galaxien sammeln sich in Haufen, und diese fügen sich zu lang gestreckten Strukturen, die den Kosmos durchziehen. Doch die sichtbare Materie aus Sternen und Galaxien ist nur die Spitze des Eisbergs: 80 Prozent der Masse des Universums liegen in Form der rätselhaften dunklen Materie vor, die keinerlei Strahlung aussendet und ihre Anwesenheit nur durch ihre Anziehungskraft verrät.

Diese dunkle Materie ist vermutlich auch für die Bildung der großen Strukturen im Universum verantwortlich: Die normale, sichtbare Materie sammelt sich durch die Schwerkraft dort an, wo bereits besonders viel dunkle Materie vorhanden ist. Wie groß die Strukturen im Kosmos werden konnten – also die Galaxienhaufen und ihre lang gestreckten Verbindungen einerseits und die dazwischen liegenden Leerräume andererseits –, entschied sich nach den heutigen Theorien bereits in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall.

Damals hat sich das Universum in kürzester Zeit um ein Vielfaches ausgedehnt. Dabei wurden auch winzige Materieschwankungen enorm aufgebläht. Diese Schwankungen dienten dann quasi als Saatkörner für die Entstehung der kosmischen Strukturen.

Und hier liegt das Sensationelle der Entdeckung des Monsterleerraums. Er ist größer, als es sowohl die theoretischen Modelle der Inflationsphase als auch Computersimulationen der kosmischen Strukturbildung vorhersagen.

Müssen die Astrophysiker also ihre Modelle von der Entstehung des Universums überdenken? Rudnick mahnt zur Gelassenheit: „Es ist gut möglich, dass die Modellierer solche großen Löcher bislang nicht gefunden haben, weil sie einfach zu kleine Bereiche des Kosmos simuliert haben“, so der Forscher. Ob die Entdeckung ein Problem für die Theorie der Strukturentstehung im Universum sei, müsse sich erst noch zeigen.

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