Strukturen im Universum

40 000 Universen � Kartierung des Kosmos

Forscher aus dem Max-Planck-Institut f�r Astrophysik haben mit Hilfe eines neuen Computeralgorithmus die bisher detailgetreueste Kartografierung des sichtbaren Universums vorgenommen – und das gleich in 40 000 Versionen. Jede davon zeigt ein m�gliches Universum, passend zu den bekannten Galaxien. Diese 40 000 Karten vereinen unser momentanes Wissen �ber die beobachteten kosmischen Strukturen. Und ihre Unterschiede zeigen, wie unbekannte Regionen des Alls aussehen k�nnten.

Die endlosen Weiten des Universums sind erf�llt von Galaxien, deren Milliarden Jahre altes Licht wir heute in unseren Teleskopen beobachten. Dabei sind sie nicht beliebig im All verteilt, sondern zeichnen die Konturen eines gigantischen kosmischen Geflechts nach. Dieses Netz besteht vorwiegend aus Dunkler Materie und hat sich aus dem Zusammenspiel vieler physikalischer Ph�nomene gebildet.

Der Ursprung dieser beobachteten Struktur liegt in den mikroskopischen Quantenfluktuationen, die in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall auftraten. Unter dem wesentlichen Einfluss der Gravitation bildeten sich daraus in den folgenden fast 14 Milliarden Jahren gro�r�umige Strukturen. Eine exakte Vermessung und Kartierung gew�hrt daher Einblick in die Fr�hphasen des Weltalls kurz nach seiner Geburt, als der Raum noch mit Strahlung und hei�em Plasma erf�llt war und es weder Sterne noch Galaxien gab.

Anders als Seefahrer und Entdecker vergangener Zeiten k�nnen Astronomen die Landkarte des Universums jedoch nicht selbst abfahren, sondern nur mit Teleskopen aus der Ferne beobachten. Dabei st�ren Ungenauigkeiten die Messung. Insbesondere lassen sich lichtschwache Galaxien mit zunehmender Entfernung immer schlechter aufsp�ren: Die Information �ber die kosmische Struktur verschwindet bei gro�en Abst�nden im Nebel der Ungewissheit – das Netzwerk erscheint unscharf und l�sst sich nur noch erahnen.

Eine wissenschaftlich gehaltvolle Karte des Weltalls muss daher neben der Darstellung der kosmischen Struktur auch noch Aussagen �ber deren Glaubw�rdigkeit machen. Diese wird – gem�� dem Mathematiker Thomas Bayes (1702 – 1761) – mittels einer Wahrscheinlichkeit quantifiziert, die ausdr�ckt, wie gut wir das kosmische Netz erkennen k�nnen.

Die Erstellung derartiger Karten bedarf der Durchmusterung mehrdimensionaler R�ume und war bisher ein nicht zu bew�ltigendes Rechenproblem. Am Max-Planck-Institut f�r Astrophysik hat nun Jens Jasche einen auf der Bayesischen Statistik basierenden Computeralgorithmus entwickelt und liefert so nicht nur eine einzige Karte des Universums, sondern gleich einen Satz unterschiedlicher Karten.

Jede der Karten verk�rpert ein m�gliches Universum, das mit den Beobachtungsdaten kompatibel ist. Strukturen, die in allen Karten vorkommen, sind daher glaubw�rdiger als Strukturen, die sich nur in wenigen Karten finden. Der Kartensatz liefert also die Information �ber die Vertrauensw�rdigkeit aller kartografierten Strukturen und zeigt wie entfernte Regionen aufgebaut sein k�nnten. Dieses bestehen, wie von Simulationen vorhergesagt, aus vielen filamentartigen Strukturen und gro�en leeren Regionen.

Insgesamt erzeugten die Forscher 40 000 solcher m�glichen Universen. Das gewonnene kosmische Kartenmaterial erlaubt nun weitergehende Analysen der Galaxien- und Strukturentstehung sowie die Vorhersage vieler physikalischer Effekte. Es erm�glicht somit die Grenzen des bekannten Universums weiter in die Tiefen des Raumes zu verschieben.

Quelle: Max-Planck-Institut f�r Astrophysik