Riesige Galaxienblase mit hawaiianischem Namen entdeckt

Eine von der Universität Hawaii durchgeführte Entdeckung einer riesigen Blase 820 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt gilt vermutlich als fossilähnliches Überbleibsel der Geburt des Universums. Der Astronom Brent Tully vom UH Institute for Astronomy und sein Team fanden die Blase unerwartet in einem Galaxiennetz. Der Entität wurde der Name Hoʻoleilana gegeben, ein Begriff, der vom Kumulipo abgeleitet ist, einem hawaiianischen Schöpfungsgesang, der an den Ursprung der Struktur erinnert.

Die neuen Erkenntnisse, veröffentlicht in Das Astrophysikalische JournalErwähnen Sie, dass diese massiven Strukturen von der Urknalltheorie als Ergebnis von 3D-Wellen im Material des frühen Universums vorhergesagt werden, die als Baryon Acoustic Oscillations (BAO) bekannt sind.

„Wir haben nicht danach gesucht. Es ist so groß, dass es bis an die Ränder des Himmelssektors reicht, den wir analysiert haben“, erklärte Tully. „Als Erhöhung der Dichte von Galaxien ist es ein viel stärkeres Merkmal als erwartet. Der sehr große Durchmesser von einer Milliarde Lichtjahren übertrifft die theoretischen Erwartungen. Wenn seine Entstehung und Entwicklung mit der Theorie übereinstimmen, ist dieses BAO näher als erwartet.“ was einen hohen Wert für die Expansionsrate des Universums impliziert.“

Astronomen lokalisierten die Blase mithilfe von Daten von Cosmicflows-4, der bisher größten Zusammenstellung präziser Entfernungen zu Galaxien. Tully war im Herbst 2022 Mitveröffentlicher des außergewöhnlichen Katalogs. Sein Forscherteam glaubt, dass dies das erste Mal sein könnte, dass Astronomen eine einzelne Struktur identifizierten, die mit einem BAO in Zusammenhang steht. Die Entdeckung könnte dazu beitragen, das Wissen der Wissenschaftler über die Auswirkungen der Galaxienentwicklung zu verbessern.

Riesige Materieblasen

In der etablierten Urknalltheorie ist das Universum während der ersten 400.000 Jahre ein Kessel aus heißem Plasma, ähnlich dem Inneren der Sonne. Innerhalb eines Plasmas wurden Elektronen von den Atomkernen getrennt. Während dieser Zeit begannen Regionen mit etwas höherer Dichte unter der Schwerkraft zu kollabieren, während das intensive Strahlungsbad versuchte, Materie auseinanderzudrücken. Dieser Kampf zwischen Schwerkraft und Strahlung ließ das Plasma oszillieren oder kräuseln und breitete sich nach außen aus.

Die größten Wellen im frühen Universum hingen von der Entfernung ab, die eine Schallwelle zurücklegen konnte. Dieser Abstand betrug aufgrund der Schallgeschwindigkeit im Plasma fast 500 Millionen Lichtjahre und wurde festgelegt, als das Universum abkühlte und aufhörte, ein Plasma zu sein, was riesige dreidimensionale Wellen hinterließ. Im Laufe der Äonen bildeten sich an den Dichtespitzen Galaxien in riesigen blasenartigen Strukturen. Richtig erkannte Muster in der Verteilung von Galaxien könnten die Eigenschaften dieser alten Boten offenbaren.

„Ich bin der Kartograf der Gruppe und die Kartierung von Hoʻoleilana in drei Dimensionen hilft uns, seinen Inhalt und seine Beziehung zu seiner Umgebung zu verstehen“, sagte der Forscher Daniel Pomarede von der CEA-Universität Paris-Saclay in Frankreich. „Es war ein erstaunlicher Prozess, diese Karte zu erstellen und zu sehen, wie die riesige Muschelstruktur von Hoʻoleilana aus Elementen besteht, die in der Vergangenheit als einige der größten Strukturen des Universums galten.“

Dasselbe Forscherteam identifizierte 2014 auch den Laniākea-Superhaufen. Diese Struktur, zu der auch die Milchstraße gehört, ist im Vergleich dazu klein. Mit einem Durchmesser von etwa 500 Millionen Lichtjahren erstreckt sich Laniākea bis zum nahen Rand dieser viel größeren Blase.

Aufdeckung eines einzelnen BAO

Tullys Team entdeckte, dass Hoʻoleilana in einem Forschungsbericht aus dem Jahr 2016 als die auffälligste von mehreren muschelartigen Strukturen erwähnt wurde, die im Sloan Digital Sky Survey beobachtet wurden. Die früheren Arbeiten enthüllten jedoch nicht das volle Ausmaß der Struktur, und das Team kam nicht zu dem Schluss, dass es ein BAO gefunden hatte.

Mithilfe des Cosmicflows-4-Katalogs konnten die Forscher eine vollständige Kugelhülle von Galaxien sehen, ihr Zentrum identifizieren und zeigen, dass es von diesem Zentrum aus in alle Richtungen eine statistische Zunahme der Galaxiendichte gibt. Hoʻoleilana umfasst viele bekannte Strukturen, die zuvor von Astronomen gefunden wurden, wie die Harvard/Smithsonian-Chinesische Mauer mit dem Coma-Cluster, dem Herkules-Cluster und der Sloan-Chinesischen Mauer. In seinem Zentrum befindet sich der Boottes-Superhaufen. Das historische Boötes Void, eine riesige leere kugelförmige Region, liegt in Hoʻoleilana.

Die Implikationen von Hoʻoleilana

Tests mit Simulationen haben gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei der als Hoʻoleilana identifizierten Schalenstruktur um einen statistischen Unfall handelt, weniger als 1 % beträgt. Hoʻoleilana hat die Eigenschaften einer theoretisch erwarteten akustischen Baryonenschwingung, einschließlich der Hervorhebung eines reichen Superhaufens in seinem Zentrum; Allerdings sticht es stärker hervor als erwartet.

Im Detail ist Hoʻoleilana etwas größer als nach der Theorie des Standardmodells der Kosmologie erwartet und was aus früheren statistischen paarweisen Studien zur Galaxientrennung herausgefunden wurde. Die Größe steht im Einklang mit Beobachtungen der lokalen Expansionsrate des Universums und von Galaxienflüssen auf großen Skalen, die ebenfalls auf subtile Probleme mit dem Standardmodell hinweisen.