Große Mauern und Filamente: das kosmische Netz

Was ist eine Große Mauer?

Definition und Zusammensetzung einer Großen Mauer

Das beobachtbare Universum, das heißt der Teil des Universums, den wir potenziell beobachten können, ist extrem weitläufig. Allerdings könnte das Universum als Ganzes noch viel weitläufiger sein, und seine genaue Ausdehnung jenseits des beobachtbaren Universums ist unbekannt.

Die Kosmologen haben den verschiedenen Strukturen in dieser weiten Ausdehnung Namen gegeben. Das Innere des Universums besteht aus Galaxienhaufen, Superhaufen von Galaxien, Superhaufenkomplexen, kosmischen Filamenten, Großen Mauern und kosmischen Leeren.

In der Kosmologie bezieht sich der Begriff "Große Mauer" auf mehrere großräumige Strukturen im Universum. Diese Strukturen, mehrere hundert Millionen Lichtjahre groß, sind immense Ansammlungen von Superhaufen von Galaxien, Gruppen und Filamenten von Galaxien, dunkler Materie und Gas, die durch die Gravitationskraft miteinander verbunden sind. Es ist anzumerken, dass eine Große Mauer nicht unbedingt eine gravitativ gebundene Struktur als Ganzes ist: Einige, wie die Große Mauer von Sloan, sind eher Ausrichtungen von Materie, die sich nicht unbegrenzt unter ihrer eigenen Schwerkraft halten werden.

Die wichtigsten Großen Mauern des Universums

Die größten Großen Mauern sind die Große Mauer von Herkules-Corona Borealis (etwa 10 Milliarden Lichtjahre, oder sogar bis zu 15 Milliarden nach einer kürzlichen Neubewertung), das Huge-LQG (etwa 4 Milliarden Lichtjahre), die Große Mauer von Sloan (etwa 1,37 Milliarden Lichtjahre) und die Große Mauer CfA2 (etwa 500 Millionen Lichtjahre).

Die Untersuchung solcher Strukturen hilft Kosmologen, die Entstehung und Entwicklung des Universums auf großen Skalen sowie die Verteilung der Materie in der "Raumzeit" besser zu verstehen. Die Frage, ob das Universum als Ganzes unendlich oder endlich ist, bleibt eine offene Frage in der Kosmologie.

Anm.:
Unsere Galaxie gehört nicht zu einer "Großen Mauer", sie ist Teil einer lokalen Gruppe von Galaxien (Milchstraße, Andromedagalaxie, Dreiecksgalaxie und einige Zwerggalaxien), es ist eine kleine Ansammlung von Galaxien. Diese Galaxien sind gravitativ aneinander in einem Superhaufen namens Jungfrau-Superhaufen gebunden. Der Jungfrau-Superhaufen gehört zu einer noch größeren Struktur, die als Laniakea bekannt ist, einem Superhaufen von Superhaufen.

Vergleich der wichtigsten Großen Mauern

2024-2025: Neue Strukturen entfachen die Debatte neu

Der Große Ring (Big Ring), ein Kreis von 1,3 Milliarden Lichtjahren

Im Januar 2024 gaben die Astrophysikerin Alexia Lopez, damals Doktorandin an der University of Central Lancashire, und ihre Kollegen die Entdeckung einer Struktur bekannt, die den Spitznamen Großer Ring (Big Ring) erhielt. In Richtung des Sternbilds Bärenhüter, etwa 9,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, wurde diese nahezu perfekt ringförmige Struktur mit einem Durchmesser von etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren und einem Umfang von mehr als 4 Milliarden Lichtjahren entdeckt. Sie wurde in denselben Daten identifiziert wie der Große Bogen, eine andere Struktur, die dasselbe Team 2021 entdeckt hatte und die sich in derselben Himmelsregion in derselben Entfernung befindet.

Der Große Ring übertrifft bei weitem die allgemein anerkannte Höchstgröße für eine gravitativ gebundene kosmische Struktur, die nach dem Standardmodell der Kosmologie in der Größenordnung von 1,2 Milliarden Lichtjahren liegt. Seine Form, seine Ausrichtung am Großen Bogen und sein Ursprung bleiben unerklärt; einige Forscher erwähnen die noch spekulative Spur der kosmischen Strings, hypothetische topologische Defekte im Gewebe der Raumzeit.

Quipu, die größte bekannte Massenkonzentration

Im Februar 2025 gab ein Team unter der Leitung des Astrophysikers Hans Böhringer (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik) die Entdeckung von Quipu bekannt, einer filamentären Superstruktur des nahen Universums, benannt nach den geknoteten Schnüren, die von den Anden-Zivilisationen zur Aufzeichnung von Informationen verwendet wurden. Identifiziert dank der X CLASSIX-Durchmusterung, die Galaxienhaufen durch ihre Röntgenemission kartiert, erstreckt sich Quipu über etwa 1,3 Milliarden Lichtjahre (mehr als 400 Megaparsec) und konzentriert eine geschätzte Masse von etwa 200 Millionen Milliarden (2×10¹⁷) Sonnenmassen, also etwa das 200.000-fache der Masse der Milchstraße.

Mit vier weiteren benachbarten Superstrukturen würde Quipu allein fast 45 % der Galaxienhaufen und etwa 25 % der Materie des untersuchten lokalen Volumens vereinen, während es nur etwa 13 % des entsprechenden Raums einnimmt. Diese extreme Massenkonzentration kann lokal die Messungen der Hubble-Konstante beeinflussen und über den integrierten Sachs-Wolfe-Effekt eine messbare Spur im kosmischen Mikrowellenhintergrund hinterlassen.

Das kosmologische Prinzip auf dem Prüfstand

Das kosmologische Prinzip postuliert, dass das Universum auf sehr großen Skalen homogen und isotrop ist: Die Materie sollte dort relativ gleichmäßig verteilt sein, ohne Struktur, die eine Größengrenze von etwa 1,2 Milliarden Lichtjahren überschreitet. Die Große Mauer von Herkules-Corona Borealis, der Große Ring und Quipu gehören zu einer wachsenden Liste von Strukturen, die diese theoretische Grenze zu überschreiten scheinen. Einige Kosmologen sind der Ansicht, dass diese Objekte keine physisch gebundenen Strukturen sind und verschwinden werden, wenn sich das Universum ausdehnt; andere sehen in ihnen ein Signal, dass das Standardmodell ΛCDM verfeinert oder sogar revidiert werden müsste. Die Debatte bleibt offen und befeuert einen aktiven Teil der Forschung in der beobachtenden Kosmologie.

Was ist ein Filament?

Definition eines galaktischen Filaments

In der Kosmologie gehören Filamente zu den größten Strukturen des Universums.
Ein galaktisches Filament ist eine fadenförmige Struktur (im Maßstab des Universums), die aus Galaxien und/oder Galaxienhaufen, Gas und dunkler Materie besteht.
Wir kennen mehrere Filamente von mehreren zehn Megaparsec (30 bis 300 Millionen Lichtjahre), das Filament des Haar der Berenike, das Perseus-Pegasus-Filament, das Filament des Großen Bären, das Luchs-Großer Bär-Filament, das Laniakea-Filament, das Zentaur-Filament, das Jungfrau-Filament…

Die bekannten kosmischen Filamente

Laniakea, unser Superhaufen von Galaxien, der unsere Lokale Gruppe und damit die Milchstraße umfasst, ist nicht spezifisch mit einem einzigen großen kosmischen Filament verbunden. Er wird von wichtigen filamentären Strukturen begrenzt und ist durch diese kosmischen Filamente mit anderen Superhaufen verbunden.

Anm.:
Ein Megaparsec (Mpc) entspricht einer Million Parsec. Ein Parsec entspricht ungefähr 3,26 Lichtjahren, und ein Megaparsec entspricht daher ungefähr 3.260.000 Lichtjahren.

Was ist ein Superhaufenkomplex?

Definition eines Superhaufenkomplexes

Ein Superhaufenkomplex ist eine kosmische Struktur, die noch größer ist als Superhaufen von Galaxien. Superhaufen von Galaxien sind massereiche Konzentrationen von gravitativ gebundenen Galaxien, und Superhaufenkomplexe sind noch größere Ansammlungen dieser großräumigen Strukturen.

Laniakea, unser Superhaufenkomplex

Was uns betrifft, so ist der Superhaufenkomplex Fische-Walfisch eine riesige kosmische Struktur, die durch großräumige Himmelsbeobachtungen identifiziert wurde. Er ist auch als Laniakea bekannt, ein hawaiianischer Begriff, der "unermesslicher offener Himmel" bedeutet. Dieser Superhaufenkomplex ist von besonderer Bedeutung, da er unseren eigenen Superhaufen von Galaxien, die Lokale Gruppe, in der sich die Milchstraße befindet, umfasst.

Laniakea ist gigantisch und erstreckt sich über etwa 500 Millionen Lichtjahre. Er umfasst mehrere Superhaufen von Galaxien (Jungfrau-Superhaufen, Bärenhüter-Superhaufen, Schlangen-Superhaufen, Hydra-Zentaur-Superhaufen usw.).

Was man sich merken sollte

Eine durch Gravitation geformte Struktur

Die Bildung von Superhaufenkomplexen, kosmischen Filamenten und Großen Mauern ist eng mit den Prozessen des strukturellen Wachstums des Universums verbunden.
Anfangs, am "Anfang" des Universums, wurden kleine Schwankungen in der Materiedichte im Laufe der Zeit durch die Gravitation verstärkt, was zur Bildung dieser verschiedenen großräumigen Strukturen führte.

Die Schlüsselrolle der dunklen Materie

Die Anwesenheit von dunkler Materie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung dieser Strukturen, da sie als eine Art "gravitativer Leim" wirkt, der gewöhnliche Materie wie Gas und Galaxien anzieht und zusammenhält.

Entdeckungen, die das Standardmodell weiterhin erschüttern

Die jüngsten Entdeckungen des Großen Rings und von Quipu sowie die Aufwärts-Neubewertung der Größe der Großen Mauer von Herkules-Corona Borealis zeigen, dass die Kartierung des Universums auf sehr großen Skalen ein aktives Forschungsgebiet bleibt. Künftige Missionen, die optische Durchmusterungen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlenausbrüche kombinieren, sollten es ermöglichen, die physische Existenz dieser Strukturen zu bestätigen oder zu widerlegen und die Grenzen des kosmologischen Prinzips zu präzisieren.