Sonntag, 13. März 2011

Der strukturierte Kosmos

Blickt man mit blossem Auge in den nächtlichen Himmel, so kann man selbst bei guten Lichtverhältnissen kaum mehr als 2.000 Sterne sehen. Bei Nutzung eines 12-Zoll-Fernrohrs (das heutzutage schon für Hobbyastronomen erschwinglich ist), erkennt man bereits mehr als 20.000 leuchtende Punkte, die aber zumeist nicht einzelne Sterne, sondern Galaxien sind.

Jede dieser Galaxien beinhaltet ca.100 bis 500 Milliarden Sterne, wozu vermutlich noch die gleiche Anzahl an festen und gasförmigen Planeten hinzu kommt. Auf den ersten Blick erscheinen die Galaxien im Weltraum geometrisch ziemlich homogen verteilt zu sein, aber das ist ein Irrtum, denn das Auge unterliegt hier einer optischen Täuschung. Berücksichtigt man nämlich die unterschiedliche Entfernung dieser Galaxien - was messtechnisch kein einfaches Unterfangen ist - und analysiert man deren ausgesandtes Licht im Spektrum des Fernrohrs, so gelangt man zu einer ganz anderen räumlichen Vorstellung. Insbesondere die Rot-bzw. die Blauverschiebung der Spektrallinien lässt erkennen, dass sich die Galaxien in Gruppen anordnen.

Die kleinste Gruppeneinheit sind die sog. Galaxienhaufen, worin einige Dutzend benachbarter Galaxien vereinigt sind. Ihr Durchmesser beträgt in der Regel um die 10 Millionen Lichtjahre (LJ). Unsere Heimatgalaxie, die Milchstrasse, gehört zur sog. Lokalen Gruppe und umfasst etwa 40 Galaxien. Darunter sind der Andromedanebel und die Milchstrasse die weitaus grössten Galaxien; einige Dutzend kleinere Satellitengalaxien vervollständigen diesen nachbarlichen Verbund.

Auch die Galaxienhaufen sind nicht zufällig oder gleichmässig im All verteilt, sondern sie ballen sich zu grösseren Strukturen, die man als Superhaufen bezeichnet. Ein Beispiel dafür ist der Virgo-Superhaufen, der einen Durchmesser von 200 Millionen LJ besitzt und in dem sich über 1.000 Galaxien befinden.

Die derzeit grösste Struktureinheit im Kosmos sind die sog. Filamente. Darunter versteht man schnurartige Ansammlungen von Galaxien, wie z. B. die Grosse Mauer. Diese ist 500 Millionen LJ lang, 200 Millionen LJ breit und 20 Millionen LJ dick, wodurch sie den Eindruck einer Schnur (Filament) hervorruft. Sie besteht aus vielen Superhaufen und beinhaltet wohl an die zehn Billiarden Sonnenmassen.

Diesen Ballungen von Superhaufen und Filamenten stehen gewaltige Leerräume. die sog. Voids gegenüber. Es sind Räume ohne leuchtende Materie, die in der Regel hunderte von Millionen an Lichtjahren gross sein können. Die derzeit grösste Leere ist die sog. Bootes-Leere, mit einem Durchmesser von 400 Mio LJ. Leerräume sind überhaupt das beherrschende Kennzeichen des Universums; fast 90 Prozent des Raums ist leer. Könnte man "von aussen" auf das Weltall blicken, so hätte es wohl eine netzartige oder blasige Struktur, wobei die Galaxien-Superhaufen in dünnen Lagen oder langen Schnüren angeordnet sind. Die 2dF-Studie (2dF=two degree field) bestätigt diese Hypothese. Dabei haben Wissenschaftler aus mehreren Ländern in jahrelanger Kleinarbeit eine dreidimensionale Karte eines Teils des Universums erstellt, das einem "Bohrloch" gleicht.


Netzartige Strukturen im Weltall

Trotzdem stellt sich die Frage: wie kommt es zu dieser schwammartigen Struktur des Alls mit den riesigen Leerräumen? Bis zu 300.000 Jahren nach dem Urknall war die (Wasserstoff- und Helium-) Materie doch noch extrem homogen veteilt! Kleinste Heterogenitäten der damaligen Masseverteilung im Millionstelbereich hätten nicht diese gewaltigen Gravitationskräfte erzeugen können, um in der relativ kurzen Zeit von 13,7 Milliarden Jahren die beschriebenen Diskontinuitäten zu erzeugen.

Nun, als einigermassen reale Vermutung bleibt nur die sog. Dunkle Materie übrig. Von ihr gibt es massemässig mindestens fünfmal mehr als von der sichtbaren (baryonischen) Materie. Sie wabert wohl überall im Universum, ohne, dass unsere Teleskope sie ausmachen können. Aber sie macht sich indirekt durch ihre gigantische Schwerkraft bemerkbar. So gibt es in Richtung des Sternbildes Centaurus den sog. Grossen Attraktor. Er ist ein geheimnisvolles und unsichtbares Objekt, das Abermillionen von Galaxien an sich zieht. Auch unsere Milchstrasse gehört dazu, die mit einer Geschwindigkeit von 360.000 Kilometern pro Stunde in die Richtung dieses Monsters gerissen wird. Man kann sich das Phänomen nur dadurch erklären, dass diese Schwerkraftansammlung zehnmal mehr Dunkle Materie enthält, als alle sichtbaren Galaxien in dieser Region.

Die These der Astrophysiker ist, dass es schon seit den frühesten Anfängen des Universums einen (fünffachen) Überschuss an Dunkler Materie gegeben haben muss, der durch seine Schwerkraft dem Weltall die heute sichtbare Superstruktur aufgeprägt hat. Leider sind die "atomaren Teilchen" der Dunklen Materie, trotz allen Bemühens, bis heute nicht gefunden worden. Ihre Wechselwirkung mit den baryonischen Kernteilchen ist zu gering; nur durch ihre Gravitationswirkung kann man sie indirekt "nachweisen". Es ist geradezu tragisch für die heutige Generation der Astrophysiker, dass sie mit ihren ausgefuchsten experimentellen Mitteln (bei CERN in Genf und anderswo) der Dunklen Materie noch nicht auf die Spur kommen konnten.

Ganz zu schweigen von der Dunklen Energie, zu der sie überhaupt keinen Zugang haben und die sogar 70 Prozent des Universums ausmachen soll.

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