Was liegt zwischen Galaxien?

Raum wird oft als "leer" oder "Vakuum" betrachtet, was bedeutet, dass dort absolut nichts ist. Der Begriff "Leerraum" bezieht sich oft auf diese Leere. Es stellt sich jedoch heraus, dass der Raum zwischen den Planeten tatsächlich mit Asteroiden und Kometen und Weltraumstaub besetzt ist. Die Hohlräume zwischen den Sternen in unserer Galaxie können mit dünnen Gaswolken und anderen Molekülen gefüllt sein. Aber was ist mit den Regionen zwischen Galaxien? Sind sie leer oder haben sie "Zeug" in sich?

Die Antwort, die jeder erwartet, "ein leeres Vakuum", ist auch nicht wahr. So wie der Rest des Weltraums einige "Dinge" enthält, so ist es auch mit dem intergalaktischen Weltraum. Tatsächlich wird das Wort "Leere" heute normalerweise für Riesenregionen verwendet, in denen NO-Galaxien existieren, aber anscheinend immer noch irgendeine Art von Materie enthalten.

Was liegt zwischen unserer Galaxie und anderen im Universum, wie dem Sombrero, der hier in einer Hubble-Weltraumteleskopansicht gezeigt wird? NASA / STScI

Also, was ist zwischen Galaxien? In einigen Fällen werden heiße Gaswolken abgegeben, wenn Galaxien interagieren und kollidieren. Dieses Material wird durch die Schwerkraft von den Galaxien "weggerissen" und kollidiert oft genug mit anderem Material. Das gibt Röntgenstrahlung ab und kann mit Instrumenten wie dem Chandra X-Ray Observatory nachgewiesen werden. Aber nicht alles zwischen Galaxien ist heiß. Einige davon sind ziemlich dunkel und schwer zu erkennen und werden oft als kalte Gase und Staub angesehen.

Dim Matter zwischen Galaxien finden

Dank der Bilder und Daten, die mit einem speziellen Instrument namens Cosmic Web Imager am Palomar Observatory auf dem 200-Zoll-Hale-Teleskop aufgenommen wurden, wissen Astronomen jetzt, dass sich in den weiten Bereichen des Weltraums um Galaxien herum viel Material befindet. Sie nennen es "dunkle Materie", weil es nicht hell wie Sterne oder Nebel ist, aber es ist nicht so dunkel, dass es nicht erkannt werden kann. Der Cosmic Web Imager l (zusammen mit anderen Instrumenten im Weltraum) sucht nach dieser Angelegenheit im intergalaktischen Medium (IGM) und in den Karten, wo sie am häufigsten vorkommt und wo nicht.

Beobachtung des intergalaktischen Mediums 

Wie "sehen" Astronomen, was da draußen ist? Die Regionen zwischen den Galaxien sind offensichtlich dunkel, da es nur wenige oder keine Sterne gibt, die die Dunkelheit erhellen könnten. Das macht es schwierig, diese Regionen mit optischem Licht (dem Licht, das wir mit unseren Augen sehen) zu untersuchen. Die Astronomen betrachten also Licht, das durch die intergalaktischen Bereiche strömt, und untersuchen, wie es von seiner Reise beeinflusst wird.

Der Cosmic Web Imager zum Beispiel ist speziell dafür ausgestattet, das Licht von entfernten Galaxien und Quasaren zu betrachten, wenn es durch dieses intergalaktische Medium strömt. Während dieses Licht durchläuft, wird ein Teil davon von den Gasen im IGM absorbiert. Diese Absorptionen erscheinen in den vom Imager erzeugten Spektren als "Balkendiagramm" mit schwarzen Linien. Sie erzählen den Astronomen die Zusammensetzung der Gase "da draußen". Bestimmte Gase absorbieren bestimmte Wellenlängen. Wenn also in der "Grafik" Lücken an bestimmten Stellen angezeigt werden, werden die Gase angezeigt, die dort draußen absorbieren.

Interessanterweise erzählen sie auch von den Bedingungen im frühen Universum, von den Objekten, die es damals gab und was sie taten. Spektren können die Sternentstehung, den Gasfluss von einer Region zur anderen, den Tod von Sternen, die Geschwindigkeit, mit der sich Objekte bewegen, ihre Temperaturen und vieles mehr aufzeigen. Der Imager "macht Bilder" vom IGM sowie von entfernten Objekten mit vielen verschiedenen Wellenlängen. Damit können Astronomen nicht nur diese Objekte sehen, sondern anhand der erhaltenen Daten auch die Zusammensetzung, Masse und Geschwindigkeit eines entfernten Objekts ermitteln.

Das kosmische Netz erforschen

Astronomen interessieren sich für das kosmische "Netz" von Material, das zwischen Galaxien und Clustern fließt. Sie fragen, woher es kommt, wohin es geht, wie warm es ist und wie viel davon da ist.

Sie suchen hauptsächlich nach Wasserstoff, da es das Hauptelement im Weltraum ist und Licht mit einer bestimmten ultravioletten Wellenlänge namens Lyman-alpha emittiert. Die Erdatmosphäre blockiert Licht bei ultravioletten Wellenlängen, sodass Lyman-alpha am einfachsten vom Weltraum aus beobachtet werden kann. Das heißt, die meisten Instrumente, die es beobachten, befinden sich über der Erdatmosphäre. Sie befinden sich entweder an Bord von Luftballons in großer Höhe oder auf umlaufenden Raumschiffen. Das Licht aus dem sehr fernen Universum, das durch das IGM wandert, wird jedoch durch die Ausdehnung des Universums in seinen Wellenlängen gedehnt. Das heißt, das Licht kommt "rotverschoben" an, wodurch Astronomen den Fingerabdruck des Lyman-Alpha-Signals in dem Licht erkennen können, das sie über den Cosmic Web Imager und andere bodengestützte Instrumente erhalten.

Die am weitesten entfernten Galaxien erzählen von Zuständen im fernen Universum, früh in der kosmischen Geschichte. NASA, ESA, R. Windhorst (Arizona State University) und H. Yan (Spitzer Science Center, Caltech)

Astronomen haben sich auf das Licht von Objekten konzentriert, die vor langer Zeit aktiv waren, als die Galaxie erst 2 Milliarden Jahre alt war. In kosmischen Begriffen ist das wie ein Blick auf das Universum, als es noch ein Kind war. Zu dieser Zeit brannten die ersten Galaxien mit Sternentstehung. Einige Galaxien begannen sich gerade zu formen und kollidierten miteinander, um immer größere Sternstädte zu erschaffen. Viele "Blobs" stellen sich als diese Protogalaxien heraus, die gerade erst anfangen, sich zusammenzureißen. Mindestens eine, die Astronomen untersucht haben, ist ziemlich groß, dreimal so groß wie die Milchstraßen-Galaxie (die selbst einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren hat). Der Imager hat auch entfernte Quasare wie den oben gezeigten untersucht, um ihre Umgebungen und Aktivitäten zu verfolgen. Quasare sind sehr aktive "Motoren" im Herzen von Galaxien. Sie werden wahrscheinlich von Schwarzen Löchern angetrieben, die überhitztes Material verschlingen, das starke Strahlung abgibt, wenn es sich spiralförmig in das Schwarze Loch bewegt. 

Erfolg duplizieren

Das Studium von intergalaktischem Material verläuft weiterhin ähnlich wie ein Kriminalroman. Es gibt viele Hinweise darauf, was da draußen ist, eindeutige Beweise für die Existenz einiger Gase und Stäube und weitere Beweise, die gesammelt werden müssen. Instrumente wie der Cosmic Web Imager verwenden das, was sie sehen, um Beweise für längst vergangene Ereignisse und Objekte im Licht aufzudecken, die von den entferntesten Dingen im Universum strömen. Der nächste Schritt besteht darin, diesen Beweisen zu folgen, um genau herauszufinden, was sich im IGM befindet, und noch weiter entfernte Objekte zu erkennen, deren Licht es erleuchten wird. Dies ist ein wichtiger Teil der Bestimmung dessen, was im frühen Universum geschah, Milliarden von Jahren bevor unser Planet und Stern überhaupt existierten.