Dieser Text ist die Transkription einer Folge des Podcasts »Sternengeschichten« von Florian Freistetter, der in Kooperation mit »Spektrum.de« auch hier veröffentlicht wird.

Die Kraft, die bestimmt, wie das Universum als Ganzes aussieht, ist die Gravitation. Und die Gravitation ist eine Kraft, die nur in eine Richtung wirkt. Massen ziehen einander immer an, es gibt keine „Antigravitation“, die in die Gegenrichtung wirkt. Deswegen war es auch ein wenig seltsam, als Anfang 2017 jede Menge Meldungen aufgetaucht sind, die von einer ganz besonderen Entdeckung berichteten. Weit draußen im Universum habe man eine Region gefunden, die uns nicht anzieht, sondern „abstößt“, den sogenannten „Dipole Repeller“. Genau das war auch der Titel der wissenschaftlichen Facharbeit, die Yehuda Hoffman von der Universität Jerusalem, gemeinsam mit Daniel Pomarède, Brent Tully und Hélène Courtois veröffentlicht hat. Und darin berichten sie natürlich nicht über die Entdeckung von Antigravitation, sondern von der großräumigen Bewegung der Galaxien und Galaxienhaufen in unserer Umgebung.

Ich habe darüber ja schon mehr als einmal gesprochen; gerade erst vor Kurzem in Folge in Folge 710 über Void-Galaxien. Es gibt im Universum einerseits riesige Strukturen aus Galaxien, die Galaxienhaufen und Superhaufen aus Galaxienhaufen. Und andererseits gibt es Regionen, in denen sich so gut wie nichts befindet, die Voids. Unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, ist Teil der Lokalen Gruppe, und die ist Teil eines größeren Galaxienhaufens, der wieder Teil einer noch größeren Struktur aus gut 100 000 Galaxien ist, dem Superhaufen Laniakea. All diese Galaxien stehen natürlich nicht still; alles bewegt sich. Und genau um diese Bewegung geht es. Die Bewegung von Galaxien und Galaxienhaufen ist nicht mehr so simpel, wie es bei den Planeten der Fall ist. Die bewegen sich – bei uns – alle um die Sonne herum und wir können diese Bewegung näherungsweise sehr einfach beschreiben. Bei den Galaxien gibt es nichts, was sie umkreisen. Aber sie bewegen sich auch nicht völlig wahllos. Ich habe in Folge 113 schon mal über den „Großen Attraktor“ gesprochen. Auch das klingt mysteriös, ist aber – vereinfacht gesagt – nur eine Region im Universum, wo sich überdurchschnittlich viele Galaxienhaufen befinden und die deswegen eine überdurchschnittlich große Anziehungskraft auf die Umgebung ausübt. Oder anders gesagt: Die Galaxien bewegen sich tendentiell dorthin, wo viele Galaxienhaufen sind. Das ist keine große Überraschung, aber es ist wichtig, dass wir das erforschen. Und vor allem ist es schwierig, das zu erforschen. Denn wir können ja nicht von außen auf das Universum schauen und in Ruhe beobachten, wie sich alles durch die Gegend bewegt. Wir können auch nicht einfach mal eben ALLE Galaxien kartieren. Es ist schon schwer genug, die ganzen weit entfernten Galaxien nur zu beobachten; wir müssen darüber hinaus aber auch noch ihre Entfernungen genau bestimmen und herausfinden, wie schnell sie sich wohin bewegen.

Genau deswegen macht man solche Studien, wie sie Yehuda Hoffman und sein Team gemacht haben. Sie haben sich Daten von circa 8000 Galaxien aus unserer kosmischen Nachbarschaft angesehen, von denen gute Daten vorhanden waren. Das ist nur ein winziger Ausschnitt, aber der kann reichen, um auch etwas über das herauszufinden, was man nicht sehen kann. Wenn man in der Bewegung dieser Galaxien zum Beispiel einen Trend sieht, also feststellt, dass sich alle in eine bestimmte Richtung bewegen: Dann muss da logischerweise etwas sein, das dafür verantwortlich ist. In diesem Fall war das genau so, und das, was dafür verantwortlich ist, ist der „Shapley-Superhaufen“. Diese riesige Struktur ist circa 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und eine der größten bekannten Ansammlungen von Galaxien, und wir wissen schon seit Längerem über ihre Existenz Bescheid. In der Arbeit über den Dipole Repeller haben sich Hoffman & Co die Sache aber auf eine andere Weise angesehen. Es würde zu weit gehen, im Detail zu erklären, wie sie die Bewegung der Galaxien betrachtet haben. Aber vereinfacht gesagt, haben sie ein sich mitbewegendes Koordinatensystem verwendet. Galaxien bewegen sich ja nicht einfach nur wegen der Anziehungskraft anderer Galaxien und Galaxienhaufen. Sondern sie bewegen sich auch durch die Expansion des Universums. Wir wissen, dass der Kosmos sich seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren ausdehnt und der Raum zwischen den Galaxien immer größer wird. Aber, und das ist ein wichtiger Punkt, das gilt nicht immer. Das Universum dehnt sich zwar aus und treibt die Galaxien auseinander. Gleichzeitig ziehen sich die Galaxien an, und je nachdem, wie viele Galaxien auf einem Haufen sind, kann diese Anziehungskraft den Haufen zusammenhalten. Das ist alles ein wenig verwirrend, und deswegen macht man so etwas wie bei diesen mitbewegenden Koordinaten. Das heißt nichts anderes, als dass man die Bewegung der Galaxien, die von der Expansion des Universums verursacht wird, aus der gesamten Bewegung herausrechnet. Und dann kann etwas auf den ersten Blick Seltsames passieren.

Stellt euch vor, ihr fahrt mit dem Auto eine gerade Straße entlang, mit einer konstanten Geschwindigkeit von 50 Kilometern pro Stunde. Hinter euch fährt ein Auto in die selbe Richtung, aber mit nur 40 Kilometern pro Stunde. Beide Autos fahren, keines davon steht still. Aber jetzt kann ich das rein mathematisch ja auch anders betrachten. Ich kann mein Auto als Basis betrachten, als – aus meiner Sicht im Auto – in Ruhe. Oder anders gesagt: Die 50 Kilometer pro Stunde, mit denen ich unterwegs bin, rechne ich aus allen Geschwindigkeiten raus. Ich bin dann in Ruhe, meine Geschwindigkeit beträgt 0 km/h. Und das Auto hinter mir? Das entfernt sich aus meiner Sicht mit 10 km/h, denn es ist ja auch 10 km/h langsamer als ich. In meinen mitbewegten Koordinaten hat es nun aber eine Geschwindigkeit von –10 km/h, denn ich habe ja meine 50km/h von den 40km/h abgezogen. Man kann das alles auch so interpretieren, als würde ich das Auto hinter mir abstoßen. Beim Beispiel der Autos ist das alles nicht sonderlich überraschend, aber wenn es um Galaxien geht, hat das einerseits damals einige Leute sehr verwirrt und andererseits ist es da viel spannender.

Wenn man die „Grundgeschwindigkeit“ der Expansion des Universums von allen Galaxienbewegungen abzieht, dann bekommt man ein Bild, in dem Regionen mit überdurchschnittlich vielen Galaxien anziehend wirken, genau so wie ich das vorhin beim Shapley-Superhaufen erklärt habe. Nur dass man hier jetzt den Beitrag dieser Anziehungskraft deutlicher sieht. Vor allem aber passiert in diesem Bild noch etwas: Regionen, in denen sich sehr viel weniger Galaxien als anderswo befinden, wirken tatsächlich „abstoßend“. Nicht im realen, physikalischen Sinn; sie üben keine reale Abstoßungskraft aus. Aber so wie beim Beispiel mit den Autos sieht es durch den mathematischen Trick so aus, als würden sie andere Galaxien abstoßen.

Regionen mit unterdurchschnittlich vielen Galaxien, also die großen Voids, sind leer. Sie stoßen nichts ab, auch das bisschen an Masse, was in den Voids ist, übt eine anziehende Gravitationskraft auf den Rest aus. Aber es ist eben eine sehr viel geringere Anziehungskraft, als sie von den überdurchschnittlich vollen Regionen der Superhaufen ausgeübt wird. Und das mathematische Modell mit den mitbewegten Koordinaten zeigt diesen Unterschied viel deutlicher. Auf diese Weise kann man Voids entdecken, von denen man vorher nichts gewusst hat, und genau darum geht es eigentlich. Voids zu entdecken ist schwer, weil da ja nichts ist, was man entdecken kann. Aber wenn man bei Analysen wie der von Hoffman & Co eine Region im Weltall entdeckt, die scheinbar „abstoßend“ wirkt; wenn man also sieht, dass sich die Galaxien nicht nur auf eine bestimmte Gegend im Universum zubewegen, sondern auch alle von einer bestimmten Region WEG bewegen: Dann kann die Ursache dafür nur eine Void sein. Genau das ist der „Dipole Repeller“: Eine Void, ungefähr 700 Millionen Lichtjahre entfernt, in der Richtung des Himmels, in der wir das Sternbild der Eidechse sehen können.

Der „Dipole Repeller“ ist also kein mysteriöses Phänomen, sondern eine große Leere im lokalen Universum. Diese unterdichte Region beeinflusst die Geschwindigkeit der Galaxien ungefähr gleich stark, wie sie durch die überdichte Region des Shapley-Superhaufens beeinflusst wird. Man darf das Nichts nicht ignorieren, wenn man das Universum verstehen will.