Kosmisches Netz orchestriert Entwicklung der Galaxien

Die Form von Galaxien und ihre Entwicklung hängen von einem Netz kosmologischer Fäden ab, die das Universum durchziehen. Laut einer neuen Studie unter der Leitung des Labors für Astrophysik der EPFL spielt dieses kosmische Netz eine viel grössere Rolle als bisher angenommen.

Sarah Perrin 25.02.2022

Im gesamten Universum sind die Galaxien entlang des so genannten kosmischen Netzes verteilt, einem komplexen Netzwerk aus Fäden, die aus gewöhnlicher und dunkler Materie bestehen. Und dort, wo sich diese Fäden kreuzen, bilden sich in der Regel Galaxienhaufen – Ansammlungen von Hunderten oder sogar Tausenden von Galaxien, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind. Sie sind die grössten und dichtesten Galaxienhaufen im Universum und Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten von Astrophysikern. Doch wie genau Filamente zur galaktischen Entwicklung beitragen, ist noch wenig bekannt.

Um einen tieferen Einblick zu gewinnen, hat ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Leitung von Prof. Pascale Jablonka und Gianluca Castignani vom Labor für Astrophysik (LASTRO) der EPFL die riesige Umgebung von Virgo, einem repräsentativen Haufen im lokalen Universum, untersucht. Er umfasst etwa 1500 Galaxien und ist rund 65 Millionen Lichtjahre von unserer eigenen Galaxie, der Milchstrasse, entfernt. Die Ergebnisse des Teams wurden in zwei Artikeln veröffentlicht: einer erschien im Januar dieses Jahres in Astronomy & Astrophysics und der andere im Herbst letzten Jahres im Astrophysical Journal.

«Viele Eigenschaften von Galaxien, wie ihre Morphologie, ihr Gasgehalt und ihre Sternentstehungsrate, werden direkt von ihrer Umgebung beeinflusst», sagt Jablonka, «wir wissen, dass Galaxien in sehr dichten Umgebungen weniger Sterne bilden und eine eher elliptische Form annehmen. Aber die genaue Rolle, die Filamente bei dieser Umwandlung spielen, ist noch nicht klar. Genau das wollten wir mit unserer Forschung untersuchen.»

Die Forschenden analysierten die Eigenschaften von Galaxien, die sich in der Umgebung des Virgo-Haufens befinden, in einer Region, die sich über den 12-fachen Radius des Haupthaufens erstreckt. Ihre Studie ist die bisher grösste zu diesem Thema und umfasst eine Stichprobe von etwa 7000 Galaxien, darunter 250, die gross genug sind, dass die Wissenschaftler ihren Gasgehalt genau abschätzen können – und insbesondere die Menge an kaltem, dichtem atomarem Wasserstoff, aus dem Sterne bestehen. Die Messungen wurden mit dem dezametrischen Radioteleskop in Nançay, Frankreich, und dem IRAM-30m-Teleskop in Pico Veleta, Spanien, durchgeführt.

Ein Umfeld für den Übergang

Durch die Kombination der neu gesammelten Daten mit Messungen aus der Literatur fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich die Eigenschaften der Galaxien – ihre Form, die Sternentstehungsrate, der Gasgehalt sowie das Alter und der Metallgehalt ihrer Sterne – eindeutig ändern, wenn sich die Galaxien von eher isolierten Positionen zu Filamenten und schliesslich zu Haufen entwickeln.

Filamente scheinen also als Übergangsumgebung zu dienen, in der die Galaxien vor dem Zusammenschluss zu einem Haufen vorbereitet werden. In dieser Umgebung verlangsamt sich die Sternentstehung oder hört sogar ganz auf, elliptische Formen treten häufiger auf, und es gibt weniger atomaren und molekularen Wasserstoff, was darauf hinweist, dass die Galaxien das Ende ihres aktiven Lebens erreichen. Die Forschenden beobachteten, dass die Entwicklung einer Galaxie während ihres Lebenszyklus mit der lokalen Galaxiendichte korrespondiert: Galaxien, die nur wenige oder gar keine Sterne produzieren, machten weniger als 20 % der Stichprobe isolierter Galaxien aus, aber 20-60 % der Galaxien in den Filamenten und etwa 80 % der Galaxien im Virgo-Haufen. Diese Ergebnisse eröffnen neue Wege für die Erforschung von Theorien zur Erklärung der Galaxienentstehung und der Art und Weise, wie sich Galaxien in Verbindung mit grossen kosmischen Körpern entwickeln.