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Kosmologie: Alles gleich im Universum

Ausschnitt aus der Simulation GiggleZ

Kosmologen beschreiben unser Universum als sowohl homogen wie auch isotrop: es sieht nicht nur von jeder Richtung aus betrachtet gleich aus, sondern ist es auch; Strukturen wie Galaxien sind lediglich kleine Störungen dieser Homogenität. Das zumindest besagt die derzeitige Standardtheorie der Kosmologie, das Lambda-CDM-Modell. Ein Team um Morag Scrimgeour von der Universität West-Australien in Perth hat diese Theorie nun überprüft – und bestätigt sie.

Ausschnitt aus der Simulation GiggleZ | Ein Ausschnitt aus der Simulation GiggleZ ergänzt die WiggleZ Himmelsdurchmusterung. Die Simulation stellt das Universum in einem großen Maßstab dar, der auch in der Studie von Scrimgeour und ihren Kollegen untersucht wurde.
Das Lambda-CDM-Modell sagt voraus, dass das Universum in großem Maßstab glatt ist und keine Strukturen aufweist, das heißt, dass alle Materie gleich verteilt ist. Für kleinere Größenmaßstäbe trifft dies natürlich nicht zu: Planeten kreisen um einen Stern, der wiederum Teil einer Galaxie ist und letztere bildet einen Haufen mit anderen Galaxien, so wie unsere Milchstraße sich in ihrer Lokalen Gruppe befindet. Und auch die einzelnen Galaxienhaufen bilden einen Verband mit anderen Galaxienhaufen, einen Superhaufen. Diese Superhaufen sind die größten erkennbaren Strukturen im Universum – danach ist Schluss, oder sollte zumindest Schluss sein, wenn man Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie und dem Lambda-CDM-Modell folgt.

Es gibt allerdings auch andere theoretische Ansätze, nach denen das Universum niemals homogen, sondern die Häufung von Strukturen fortgesetzt wird. Es wäre also vergleichbar mit Fraktalen; Fraktale sind Gebilde wie die Mandelbrot-Figuren oder wie Schneeflocken, in denen sich die Form vom Kleinen bis ins Große fortsetzt und niemals glatt wird. Träfe dies zu, so wären die Auswirkungen auf unser Verständnis des Universums immens: Zum Beispiel müsste man für die beobachtete beschleunigte Ausdehnung des Universums die Erklärung der Dunklen Energie als Verursacher modifizieren.

Allerdings wurde die Homogenität des Universums bereits zuvor experimentell bestätigt, zum Beispiel über die Analyse der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung. Diese Strahlung ist ein Überbleibsel des Urknalls und durchdringt das gesamte Universum. Messungen haben ergeben, dass sie isotrop ist und dass damit zumindest das junge Universum homogen war.

Daraus lässt sich aber nicht automatisch auf eine gegenwärtige Gleichverteilung schließen. Deshalb haben Scrimgeour und ihre Kollegen die Verteilung von Galaxien auf großen Größenskalen untersucht. Mit dem Anglo-Australian Telescope in Australien wurde die WiggleZ Himmelsdurchmusterung durchgeführt. Dabei wurden mehr als 200 000 Galaxien vermessen, in einem Würfel mit einer Kantenlänge von rund drei Milliarden Lichtjahren.

Anschließend untersuchten die Forscher die Verteilung dieser Galaxien, um herauszufinden, ob das Universum eine fraktalähnliche Struktur aufweist. Das Ergebnis: Ab einer Größenskala von 350 Millionen Lichtjahren ist alle Materie annähernd gleich verteilt. Große Strukturen sind nicht mehr zu erkennen. Das lässt darauf schließen, dass das Universum tatsächlich sowohl homogen als auch isotrop ist und dass der Übergang von der Haufenstruktur zur Homogenität bei einer Größenordnung von 350 Millionen Lichtjahren stattfindet. Das Lambda-CDM-Modell wurde mit dieser Analyse also bestätigt – und unser Universum ist, im Großen und Ganzen betrachtet, überall gleich.

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