Astronomen finden einen kosmischen Titan im frühen Universum

Darstellung des Galaxien-Protosuperhaufens Hyperion. (Credits: ESO / Luis Calçada and Olga Cucciati)
Darstellung des Galaxien-Protosuperhaufens Hyperion. (Credits: ESO / Luis Calçada and Olga Cucciati)

Ein internationales Astronomenteam hat eine gigantische Struktur im frühen Universum entdeckt, nur zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall. Dieser Galaxien-Protosuperhaufen namens Hyperion ist die größte und massereichste Struktur, die bislang in einer so fernen Zeit und Distanz gefunden wurde.

Das Team, das die Entdeckung machte, wurde von Olga Cucciati vom Instituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Bologna (Italien) und dem Projektwissenschaftler Brian Lemaux vom Department of Physics am College of Letters and Science der University of California in Davis geleitet. Außerdem wirkte Lori Lubin daran mit, eine Professorin für Physik an der UC Davis. Sie nutzten das VIMOS-Instrument des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Paranal (Chile), um einen riesigen Galaxien-Protosuperhaufen zu identifizieren, der sich im frühen Universum nur 2,3 Milliarden Jahre nach dem Urknall bildet.

Hyperion ist die größte und massereichste Struktur, die bislang so früh in der Entwicklung des Universums gefunden wurde – ihre Masse beträgt mehr als eine Million Milliarden Sonnenmassen. Diese enorme Masse ist vergleichbar mit jener der größten Strukturen, die im heutigen Universum beobachtet werden. Der Fund eines derart massereichen Objekts im frühen Universum überraschte die Astronomen allerdings.

“Dies ist das erste Mal, dass eine so große Struktur mit einer so hohen Rotverschiebung identifiziert wurde – sie entspricht einer Zeitperiode, die nur etwas mehr als zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall liegt”, sagte Cucciati. “Normalerweise sind diese Art Strukturen bei niedrigeren Rotverschiebungen zu finden, was bedeutet, dass das Universum viel mehr Zeit hatte, um sich zu entwickeln und so große Objekte hervorzubringen. Es war eine Überraschung, eine derart entwickelte Struktur zu sehen, als das Universum noch relativ jung war.”

Superhaufen in drei Dimensionen kartiert

Hyperion befindet sich in Richtung des Sternbildes Sextant und wurde durch eine neue Technik identifiziert, die von der UC Davis entwickelt wurde, um die großen Datenmengen des VIMOS Ultra-Deep Survey zu analysieren. Der Survey wird von Olivier Le Fèvre vom Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Centre National de la Recherche Scientifique und Centre National d’Etudes Spatiales geleitet. Das VIMOS-Instrument kann die Distanz zu hunderten Galaxien gleichzeitig messen, wodurch es möglich wird, die Positionen von Galaxien innerhalb des entstehenden Superhaufens in drei Dimensionen zu kartieren.

Das Team stellte fest, dass Hyperion eine sehr komplexe Struktur aufweist und mindestens sieben hochgradig dichte Regionen enthält, die durch Filamente aus Galaxien miteinander verbunden sind. Ihre Größe ist vergleichbar mit Superhaufen, die näher an der Erde liegen, wenngleich dieses Objekt eine ganz andere Struktur besitzt.

“Näher an der Erde gelegene Superhaufen neigen dazu, eine viel konzentriertere Verteilung der Masse mit klar strukturierten Merkmalen zu haben”, sagte Lemaux. “Aber bei Hyperion ist die Masse viel gleichförmiger in einer Reihe miteinander verbundener Knoten verteilt, die von lockeren Galaxiengruppen besiedelt sind.”

Die Forscher vergleichen die Ergebnisse zu Hyperion mit Ergebnissen des von Lubin geleiteten Observations of Redshift Evolution in Large Scale Environments (ORELSE) Survey. Der ORELSE Survey nutzt Teleskope des W.M. Keck Observatory auf Hawaii, um Superhaufen zu untersuchen, die näher an der Erde liegen. Lubin und Lemaux verwenden das Keck Observatory außerdem, um Hyperion und ähnliche Strukturen umfassender zu kartieren.

Der Unterschied zwischen Hyperion und weniger weit entfernten Superhaufen ist höchstwahrscheinlich darin begründet, dass nahe Superhaufen Milliarden Jahre Zeit hatten, damit die Gravitation Materie in dichtere Regionen konzentrieren konnte. Das ist ein Prozess, der bei dem viel jüngeren Hyperion über eine deutlich kürzere Zeitperiode am Werk war.

Hinsichtlich seiner Größe so früh in der Geschichte des Universums geht man davon aus, dass Hyperion sich in etwas entwickeln wird, das den immensen Strukturen im lokalen Universum ähnelt. Dazu zählen beispielsweise die Superhaufen, aus denen die Sloan Great Wall besteht oder der Virgo-Superhaufen, zu dem unsere eigene Milchstraßen-Galaxie gehört.

“Hyperion zu verstehen und wie er mit ähnlichen Strukturen verglichen werden kann, kann Einblicke darin geben, wie sich das Universum in der Vergangenheit entwickelte und in der Zukunft entwickeln wird. Es gibt uns die Gelegenheit, einige Modelle der Superhaufen-Entstehung zu überprüfen”, sagte Cucciati. “Die Untersuchung dieses kosmischen Titans hilft uns, die Geschichte dieser großräumigen Strukturen zu aufzudecken.”

Diese Forschungsarbeit wird in einer kommenden Ausgabe des Journals Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Weitere Co-Autoren der Abhandlung sind: G. Zamorani, S. Bardelli, E. Vanzella, E. Zucca und D. Vergani (INAF-OAS Bologna); A. Cimatti und M. Talia (University of Bologna); L. A. M. Tasca V. Le Brun (LAM – Aix Marseille Université); N. P. Hathi und A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute, Baltimore); K-G. Lee (Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe, University of Tokyo & Lawrence Berkeley National Laboratory); P. Cassata (University of Padova); B. Garilli, D. Maccagni und L. P. Cassarà (INAF–IASF Milano); L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma); R. Thomas (European Southern Observatory, Vitacura, Chile); R. Amorin (Kavli Institute for Cosmology & Cavendish Laboratory, University of Cambridge, U.K.); J. Pforr (European Space Research and Technology Center, Noordwijk, Niederlande) sowie M. Salvato (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, München).

Die Arbeit wurde vom European Research Council, INAF, der U.S. National Science Foundation, der National Aeronautics and Space Administration und dem France Berkeley Fund unterstützt.

Quelle

(THK)

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