Warum sind Galaxien nicht zufällig im Universum verstreut? - Das Gerüst aus Dunkler Materie | Fakten zum Einschlafen - Das Universum

0:05 Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum. Bei flüchtiger Betrachtung erscheint der Nachthimmel wie eine zufällige Ansammlung von Lichtpunkten. Doch seit den 1990er Jahren wissen Astronomen, dass diese scheinbare Willkür einer gewaltigen Architektur folgt. Galaxien sind nicht gleichmäßig verteilt, sondern bilden ein riesiges... kosmisches Netz aus Filamenten, Wänden und Knoten, das riesige, nahezu leere Hohlräume umschließt. Diese Episode zeichnet nach, wie sich diese Struktur aus winzigen Quantenfluktuationen in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall entwickelte und wie die Schwerkraft über Milliarden von Jahren aus diesen Keimen die heutige Form des Kosmos schmiedete. Dabei

0:59 betrachten wir nicht nur die Geschichte dieser Entdeckung, sondern auch die affinierten Methoden, mit denen Forscher das unsichtbare Gerüst aus dunkler Materie kartieren. Von der Analyse des kosmischen Mikrowellenhintergrunds über den Gravitationslinseneffekt bis hin zu modernen Durchmusterungen, wie dem Sloan Digital Sky Survey verfolgen wir, wie das Bild des Universums immer klarer wurde. Wir beleuchten zudem unseren eigenen Platz in dieser gewaltigen Struktur. als Teil des Narniakea -Superhaufens, der vom großen Attraktor angezogen wird. Ich wollte verstehen, warum der Nachthimmel nicht so chaotisch ist, wie er aussieht, und wie genau die Atome in unserem Körper mit den frühesten Momenten des Kosmos verbunden sind. Es fasziniert

1:46 mich, dass wir nicht nur Beobachter dieser Struktur sind, sondern selbst Knotenpunkte in diesem unermesslichen Netz aus Materie und Schwerkraft. Der Nachthimmel wirkt verstreut. Bis man begreift, dass jeder Lichtpunkt, den man sieht, ein Knoten in einer einzigen Struktur ist. Eine Struktur größer als jede Vorstellungskraft. Geformt von Kräften, die begannen, bevor Atome existierten. Und die jetzt ganz wörtlich unsere Knochen zusammenhalten.

2:24 Schauen Sie in einer klaren Nacht nach oben. und der Himmelschein verstreut. Sterne erscheinen hier und da, manche heller, manche schwächer. Aber der Gesamteindruck ist der des Zufalls. Der Eindruck von Licht, das ohne Muster über die Dunkelheit verteilt ist. Dies war die Sicht, die die Menschen während des größten Teils unserer Geschichte hatten. Und das ist verständlich.

2:55 Unsere Augen wurden nicht gebaut, um Strukturen auf der Skala des Kosmos zu sehen. Wir sehen, was unmittelbar ist, was nahe ist, was in den Armen eines einzigen Blicks passt. Die Vorstellung, dass dieses verstreute Licht zu etwas Größerem organisiert sein könnte, zu etwas mit Architektur und Form, kommt nicht von selbst. Sie musste entdeckt werden. Jahrhundertelang kartierten Astronomen die Positionen von Sternen. Später kartierten sie die Orte von Galaxien. Sie behandelten jeden als einzelnen Lichtpunkt in einem ansonsten leeren Raum. Selbst nachdem Edwin Hubble in den 1920er Jahren bewiesen hatte, dass viele der blassen Nebel tatsächlich ganze Galaxien jenseits unserer eigenen Milchstraße waren, hielt sich

3:52 eine Annahme. Die Annahme, dass diese Galaxien mehr oder weniger gleichmäßig durch die Leere verteilt seien. Einige hier, einige dort. Getrennt durch unermessliche Entfernungen, aber ohne größeres Muster oder eine Absicht in ihrer Anordnung. Das Universum, so schien es, war eine gleichförmige Suppe aus Materie. Eine Suppe, die sich mit der Ausdehnung verdünnte, aber im Grunde in jeder Richtung gleich war. Dieses Bild begann sich in den 1980er Jahren zu verändern. Und es veränderte sich plötzlich. Der Wandel kam nicht von einer einzelnen Beobachtung, sondern vom Zusammenwirken zweier Technologien. Leistungsstarke digitale Detektoren, die Licht weitaus effizienter aufzeichnen konnten als Fotoplatten. Und Computer, die in

4:50 der Lage waren, enorme Datenmengen zu verarbeiten. Zum ersten Mal konnten Astrolomen systematisch nicht nur die Positionen von Galaxien am Himmel kartieren, sondern auch ihre Entfernungen im dreidimensionalen Raum. 1986 veröffentlichte ein Team am Harvard -Smithsonian Center for Astrophysics unter der Leitung von Margaret Geller, John Huchra und Valérie de la Parente Eine Karte von rund 11 .000 Galaxien. Was sie fanden, warf jahrzehntelange Annahmen über den Haufen. Die Galaxien waren nicht zufällig verstreut. Sie waren zu enormen Strukturen organisiert. Zu Flächen und Filamenten aus Materie, die sich um riesige leere Regionen legten, wie die Membranen von Seifenblasen oder die Wände eines Schwamms. Zwischen diesen Filamenten

5:46 lagen Voids. Gewaltige Hohlräume von hunderten Millionen Lichtjahren Durchmesser, die fast nichts enthielten. Das Universum, so stellte sich heraus, hatte auf den größten Skalen eine Struktur. Eine Struktur, die niemand vorhergesagt hatte und die keine bestehende Theorie vollständig erklärte. Astronomen begannen, von einem kosmischen Netz zu sprechen. Einem Netzwerk aus Filamenten, Knoten, Wänden und Foyers, das sich über das gesamte beobachtbare Universum erstreckte. Die verstreuten Sterne unseres Nachthimmels waren überhaupt nicht verstreut. Sie waren Teil von etwas unermesslich Größerem. Etwas mit Form und Geschichte und Bedeutung.

6:39 Um zu verstehen, wie diese Struktur entstand, müssen wir zum Anfang zurückgehen. Zu den frühesten Momenten des Universums selbst. Der Urknall, wie wir ihn derzeit verstehen, beschreibt ein Universum, das vor ungefähr 13 ,8 Milliarden Jahren in einem extrem heißen, extrem dichten Zustand begann. In seinen ersten Sekundenbruchteilen war das Universum ein Plasma aus Elementarteilchen.

7:08 Zu energiereich, als dass sich Atome bilden konnten. Zu chaotisch, als dass Strukturen bestehen konnten. Und doch gab es selbst in diesem Inferno Keime der Ordnung. Diese Keime waren Quantenfluktuationen. Winzige Schwankungen in der Dichte von Materie und Energie, die auf natürliche Weise aus der Quantennatur des Raumes selbst entstanden. Unter gewöhnlichen Umständen wären solche Fluktuationen unbedeutend. Sie erschienen und verschwenden in Momenten, die zu kurz sind, um sie zu messen.

7:47 Aber im frühen Universum geschah etwas Außergewöhnliches. Eine kurze, aber dramatische Periode exponentieller Ausdehnung, die Kosmologen Inflation nennen, diente das gesamte Gewebe des Raumes in unvorstellbar kurzer Zeit um einen enormen Faktor. Während dieser Ausdehnung wurden Quantenfluktuationen, die supertumare Größe gehabt hatten, auf kosmische Ausmaße aufgeblasen. Was eine winzige Welle in der Dichte des ursprünglichen Plasmas gewesen war, wurde zu einem leichten Überschuss an Materie.

8:25 Verteilt über Regionen von Milliarden Lichtjahren Breite Diese Fluktuationen waren winzig. Die dichtesten Regionen waren nur etwa in 100 .000 Stiel dichter als der Durchschnitt. Um das zu veranschaulichen, stellen Sie sich einen vollkommen platten See vor. Stellen Sie sich dann vor, dass das Wasser an manchen Stellen einen Bruchteil eines Millimeters tiefer ist als an anderen.

8:53 Sie würden diesen Unterschied beim Blick auf die Oberfläche niemals bemerken. Aber wenn sie lange genug warteten, wenn eine Kraft kontinuierlich auf diese leichten Unterschiede einwirkte, würden sie wachsen. Das tiefere Wasser würde mehr Wasser ansammeln. Die flacheren Bereiche würden es verlieren. Mit der Zeit würde der See Hügel und Täler entwickeln.

9:20 Muster und Strukturen, alle entstanden aus Abweichungen, die zu klein waren, um am Anfang bemerkt zu werden. Diese Kraft war im kosmischen Fall die Schwerkraft. Von Anfang an begann die Schwerkraft, auf diese leichten Dichtüberschüsse einzuwirken. Eine Region mit etwas mehr Materie als der Durchschnitt zog etwas stärker an ihrer Umgebung und zog zusätzliche Materie nach innen. Eine Region mit etwas weniger Materie als der Durchschnitt verlor Materie an ihre dichteren Nachbarn. und wurde zunehmend leerer. Dieser Prozess, bekannt als Gravitationsinstabilität, ist unerbittlich und geduldig. Er benötigt keine Energiezufuhr und keinen äußeren Antrieb. Er ist schlicht die Folge davon, dass Masse Masse

10:16 anzieht. Kontinuierlich wirkend über Milliarden von Jahren. In den ersten 380 .0 Jahren nach dem Urknall war dieser Prozess weitgehend unsichtbar. Das Universum war noch ein undurchsichtiges Plasma, in dem Elektronen und Protonen sich frei bewegten und Photonen in alle Richtungen streuten. Licht konnte in dieser Umgebung nicht weit reisen.

10:45 Es wurde ständig absorbiert und wieder abgestrahlt, gefangen in einem kosmischen Nebel. Aber während das Universum expandierte, kühlte es auch ab. Schließlich sank die Temperatur genug, damit Elektronen und Protonen sich zu neutralen Wasserstoffatomen verbinden konnten. Dieser Moment, den Kosmologen Rekombination nennen, verwandelte das Universum.

11:14 Neutraler Wasserstoffstreut, Licht nicht effizient, Photonen, konnten nun frei über unermessliche Entfernungen reisen. Das Universum wurde durchsichtig. Das Licht, das in diesem Moment freigesetzt wurde, ist heute noch bei uns. Es ist seit 13 ,8 Milliarden Jahren unterwegs. Gedehnt und abgekühlt durch die Ausdehnung des Universums, bis es nun als schwaches Mikrowellenblühen erscheint, das aus allen Richtungen des Himmels kommt. Dies ist der kosmische Mikrowellenhintergrund. Oft beschrieben als das Babyfoto des Universums. Und wie ein Babyfoto enthält er Informationen über die Bedingungen jener frühen Zeit. Als Astronomen diese Strahlung mit zunehmender Präzision maßen, zuerst mit dem COBE -Satelliten in den 1990er Jahren, dann mit

12:13 WMAP in den 2000er Jahren und schließlich mit Planck in den 2010er Jahren. Fanden sie etwas Bemerkenswertes. Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist nicht vollkommen gleichförmig. Er enthält winzige Temperaturschwankungen. Fluktuation von etwa einem Teil in 100 .000, die exakt den Dichteschwankungen entsprechen, die später zu Galaxien, Haufen und den Filamenten des kosmischen Netzes heranwachsen sollten. Dies ist eine der tiefgreifendsten Verbindungen in der gesamten Wissenschaft. Die Karte des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die das Universum im Alter von 380 .0 Jahren zeigt, ist eine direkte Vorschau auf die großräumige Struktur, die wir heute sehen. Die heißen Flecken in dieser alten Karte entsprechen Regionen von etwas höherer

13:08 Dichte, in denen sich Materie ansammeln würde. Die kalten Flecken entsprechen Regionen von etwas geringerer Dichte, die zu den Voids werden sollten. Das Muster der Fluktuationen im Mikrowellenhintergrund mit seiner charakteristischen Winkelskala passt zum Muster der Filamente und Voids im modernen Universum. Das kosmische Netz wurde nicht von außen aufgeprägt. Es wuchs. organisch und unvermeidlich aus Keimen, die in den ersten Augenblicken der Zeit gepflanzt wurden. Nach der Rekombination trat das Universum in das ein, was Astronomen das dunkle Zeitalter nennen. Diese Periode, die ungefähr 100 bis 200 Millionen Jahre dauerte, war in mehr als einem Sinne wahrhaft dunkel.

14:00 Es gab noch keine Sterne, keine Galaxien. Keine Lichtquellen. Das Universum bestand aus neutralem Wasserstoffgas, das langsam abkühlte und sich in den etwas dichteren Regionen langsam unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenzog. Dies war eine stille Zeit. Eine Zeit geduldiger Ansammlung, in der die Keime der Struktur in der Dunkelheit keimten. Die Schwerkraft zog Gas in die überdichten Regionen. Während diese Regionen sich zusammenzogen, wurden sie noch dichter und verstärkten ihre eigene Anziehungskraft in einer Rückkopplungsschleife, die schließlich zum Kollaps führen sollte. Die ersten Strukturen, die sich bildeten, waren klein.

14:52 Sie hatten Massen um das Millionenfache unserer Sonne. In diesen ursprünglichen Wolken wurde das Gas weiter zusammengedrückt. bis Temperaturen und Drücke hoch genug stiegen, um Kernfusion zu zünden. Die ersten Sterne wurden geboren. Massereich und heiß und kurzlebig. Fast vollständig aus Wasserstoff und Helium bestehend, mit praktisch keinen schweren Elementen. Diese Sterne der Population Phra, wie Astronomen sie nennen, waren anders als alles im heutigen Universum. Sie verbrannten ihren Brennstoff schnell, in Millionen statt Milliarden von Jahren. Ihr Tod war spektakulär und säte das umgebende Gas mit den ersten schweren Elementen. Wichtiger für das kosmische Netz war etwas anderes. Ihre intensive ultraviolette Strahlung

15:50 begann, den neutralen Wasserstoff um sie herum zu ionisieren. Sie verwandelte das intergalaktische Medium allmählich. von neutral zu ionisiert. Dieser Prozess, Rionisierung genannt, dauerte hunderte Millionen Jahre. Er war etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall weitgehend abgeschlossen. Aber die Strukturbildung verlief nicht gleichmäßig über alle Skalen. Stattdessen war sie hier harchisch.

16:19 Sie baute von unten nach oben auf. Kleine Materieklumpen bildeten sich zuerst. Für es war, dass Erwistwobel... Sie verschmolzen dann zu größeren Klumpen, die wiederum zu noch größeren Strukturen verschmolzen. Kleine Galaxien vereinigten sich zu größeren Galaxien. Gruppen von Galaxien fielen zusammen und bildeten Haufen. Haufen erhebten sich entlang von Filamenten auf. Filamente verbanden sich zu einem Netzwerk, das das beobachtbare Universum überspannte. Dieser hierarchische Aufbau ist ein grundlegendes Merkmal der kosmischen Strukturbildung.

17:03 Er erklärt, warum das kosmische Netz seinen besonderen Charakter hat. Die Filamente sind keine glatten, gleichförmigen Röhren aus Materie. Sie sind eher Ketten kleinerer Strukturen. Galaxien und Gruppen und Haufen, zusammengehalten durch die Schwerkraft und durch die fortwährende Ansammlung von Material aus den umgebenden Regionen. Die Voids wurden unterdessen leerer, während ihre Materie in die umgebenden Filamente und Wände abfloss. Sie sind natürlich nicht vollkommen leer. Selbst die größten Voids enthalten ein paar isolierte Galaxien.

17:47 Das intergalaktische Medium in ihnen ist weiterhin vorhanden, wenn auch extrem diffus. Aber verglichen mit den Filamenten sind die Voids Wüsten. Regionen, in denen die Materiedichte vielleicht ein Zehntel des kosmischen Durchschnitts beträgt. Der Boötes Void entdeckt 1981 und einer der größten bekannten Er streckt sich über etwa 330 Millionen Lichtjahre.

18:18 Er enthält nur eine Handvoll Galaxien, wo Tausende zu erwarten wären. Stünde man in einem solchen Feud, wenn man es könnte, wäre der Himmel zutiefst dunkel. Galaxien wären nur als blasse, ferne Flecken entlang des Horizonts sichtbar, wo die nächsten Filamente sich wegründen. Die Knoten des kosmischen Netzes. Die dichtesten Regionen sind die Galaxienhaufen. Sie bilden sich an den Kreuzungspunkten mehrerer Filamente, wo Materie aus mehreren Richtungen gleichzeitig einströmt.

18:55 Ein Haufen wie der Coma -Haufen oder der Virgo Haufen enthält tausende von Galaxien, die durch die Schwerkraft zusammengebunden sind. Sie kreisen in einem Gravitationsstanz, der seit Milliarden von Jahren andauert. um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt. Die Massen dieser Haufen sind enorm. Typischerweise 10 hoch 15 mal. Die Masse unserer Sonne. Der größte Teil dieser Masse liegt in Form von dunkler Materie vor und nicht als sichtbare Galaxien oder Gas. Die Haufen sind die Städte des kosmischen Netzes. Dichte Konzentrationen von Aktivität und Struktur umgeben von der vorstädtischen Ausdehnung der Gruppen und Filamente mit der ländlichen Leere der Voids dahinter. Unser eigener Ort in dieser Struktur ist erst in den letzten Jahren

19:50 klar geworden. Lange Zeit wussten Astronomen, dass die Milchstraße Teil einer kleinen Gruppe von Galaxien ist, der lokalen Gruppe genannt. Sie wussten auch, dass diese Gruppe Teil eines größeren Haufens ist, des Virgo -Haufens. Aber das volle Ausmaß unserer kosmischen Nachbarschaft wurde erst 2014 erkennbar. In diesem Jahr nutzte ein Team von Astronomen eine neue Methode, um die großräumigen Bewegungen von Galaxien in unserer Umgebung zu kartieren. Sie maßen nicht nur die Positionen, sondern auch die Geschwindigkeiten tausender Galaxien. Dann rechneten sie die allgemeine Ausdehnung des Universums heraus. So konnten sie die Muster der Gravitationsanziehung nachzeichnen, die Galaxien zu gemeinsamen Zentren zogen. Was

20:43 sie fanden war, dass unsere lokale Gruppe zusammen mit tausenden anderer Galaxien Teil eines riesigen Superhaufens ist. Sie nannten ihn Laniakea. Ein hawaiianisches Wort, das unermesslicher Himmel bedeutet. Laniakea erstreckt sich über etwa 520 Millionen Lichtjahre. Er enthält ungefähr 100 .0 Galaxien mit einer Gesamtmasse von etwa 100 Billionen Sonnenmassen. In seinem Gravitationszentrum liegt der große Attraktor. Eine Region erhöhter Dichte, die Tausende von Galaxien, einschließlich unserer eigenen, mit einer Geschwindigkeit von etwa 600 Kilometern pro Sekunde zu sich zieht.

21:33 Wir sind nicht stationär im kosmischen Netz. Wir fließen durch es hindurch. Getragen von der Schwerkraft auf ein Ziel zu, das wir niemals erreichen werden, da die Ausdehnung des Universums und die fortwährende Entwicklung der Struktur unseren Weg über die kommenden Milliarden Jahre umformen werden. Diese Entdeckung von Laniakea zeigt beispielhaft, wie Astronomen das kosmische Netz kartieren. Eine Aufgabe, die weitaus schwieriger ist, als sie erscheinen mag. Das grundlegende Problem ist, dass der größte Teil des kosmischen Netzes unsichtbar ist. Die Galaxien, die wir in Teleskopen sehen können, sind lediglich die leuchtenden Spuren einer viel größeren Struktur.

22:23 So wie Straßenlaternen nachts den Grundriss einer Stadt nachzeichnen, aber nicht die Gebäude, die Straßen oder die Infrastruktur offenbaren, die der Stadt ihre wahre Form geben. Das kosmische Netz ist in erster Linie eine Struktur aus dunkler Materie. Jener rätselhaften Substanz, die etwa 27 % des gesamten Masseenergiegehalts des Universums ausmacht, und die mit gewöhnlicher Materie nur über die Schwerkraft wechselwirkt. Dunkle Materie sendet kein Licht aus. Sie absorbiert kein Licht.

23:01 Sie reflektiert kein Licht. Sie ist für alle Formen elektromagnetischer Beobachtung vollständig unsichtbar. Und doch dominiert sie die Gravitationslandschaft des Universums. Sie liefert das Gerüst, auf dem sich gewöhnliche Materie zu Galaxien und Haufen zusammenfügt. Um dieses unsichtbare Gerüst zu kartieren, haben Astronomen mehrere raffinierte Techniken entwickelt. Die direkteste besteht darin, die Galaxien selbst als Spuren zu nutzen.

23:35 Man misst ihre Positionen und Entfernungen, um eine dreidimensionale Karte der leuchtenden Materie zu erstellen. Dann schließt man aus den beobachteten Mustern auf die zugrunde liegende Verteilung der dunklen Materie. Der Schlüssel zu diesem Ansatz ist die genaue Messung von Entfernungen. Dies geschieht durch das Phänomen der kosmologischen Rotverschiebung. Während das Universum expandiert, werden ferne Galaxien von uns weggetragen. Das Licht, das sie aussenden, wird zu längeren, röteren Wellenlängen gedient. Das Ausmaß dieser Rotverschiebung steht in direktem Zusammenhang mit der Entfernung der Galaxie. Es erlaubt Astronomen, jede Galaxie im dreidimensionalen Raum zu verorten. Nehmen wir den Sloan Digital Sky Survey, der seine Arbeit

24:32 im Jahr 2000 begann. In seinem Herzen stand ein Teleskop in den Bergen von New Mexico und eine Beobachtungsmethode, die sich in einem Zeitalter der Automatisierung fast handgemacht anschült. Astronomen bearbeiteten Aluminiumplatten. Sie boten hunderte winziger Löcher an präzisen Positionen, wobei jedes Loch einer einzelnen Galaxie entsprach.

25:00 Glasfaserkabel wurden in diese Löcher gesteckt. Jedes fing das Licht eines fernen Objekts ein und leitete es zu einem Spektrografen. Nacht für Nacht, Platte für Platte, baute die Durchmusterung ihre Karte Punkt für Punkt auf. Galaxie für Galaxie. Bis sie Millionen von Spektren gemessen und jede leuchtende Spur an ihren richtigen Platz im kosmischen Volumen gesetzt hatte. Diese geduldige, handwerkliche Ansammlung von Photonen, dieser physische Akt, eine Karte des unendlichen Faser für Faser zu bauen, veränderte unser Verständnis der Struktur des Universums. Spätere Projekte erweiterten diesen Ansatz auf größere Entfernungen und frühere Zeiten. Instrumente wie das Dark Energy Spectroscopic Instrument führen diese Arbeit nun mit größerer

25:56 Geschwindigkeit und Reichweite fort. Aber die wesentliche Methode bleibt. Die Karte wird gebaut. in dem Licht eingefangen wird, eine ferne Quelle nach der anderen. Und in dem gemessen wird, wie die Ausdehnung des Universums seine Farbe ins Rote gestreckt hat. Diese Karten dienen nicht nur dazu, die Struktur des kosmischen Netzes sichtbar zu machen. Sie erlauben es Astronomen auch, fundamentale kosmologische Parameter zu messen. Einschließlich der Eigenschaften der dunklen Energie. Rätselhaften Kraft, die etwa 68 Prozent der gesamten Energie des Universums ausmacht und die die Ausdehnung des Universums beschleunigt. Eines der wichtigsten Werkzeuge dafür ist das Muster der baryonischen akustischen

26:49 Oszillationen. Subtile Wellen in der Materiedichte, die dem frühen Universum eingeprägt wurden und die eine charakteristische Skala von etwa 490 Millionen Lichtjahren haben. Indem sie messen, wie diese Skala in verschiedenen Entfernungen erscheint, können Astronomen die Expansionsgeschichte des Universums nachzeichnen. Und sie können die Natur der dunklen Energie eingrenzen. Eine weitere mächtige Technik zur Kartierung des unsichtbaren kosmischen Netzes ist der Gravitationslinseneffekt.

27:25 Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie krümmt Masse das Gewebe der Raumzeit. Diese Krümmung beeinflusst den Weg von Licht, das in der Nähe vorbeiläuft. Wenn Astronomen ihre Teleskope auf einen massereichen Galaxienhaufen richten und die dahinterliegenden Galaxien betrachten, sehen sie keine einfachen Punkte. Sie sehen etwas Seltsameres.

27:52 Die Hintergrundgalaxien erscheinen gedehnt und verschmiert zu dünnen konzentrischen Bögen. Als betrachtete man sie in einem verzerrten Zerspiegel. Diese Bögen sind keine Illusionen. Sie sind die echten Bilder ferner Galaxien, deren Licht durch das Kavitationsfeld der unsichtbaren dunklen Materie gebeugt wurde, die die Masse des Haufens dominiert. Indem sie sorgfältig messen, wie diese Bilder verzerrt sind, indem sie die Bögen mathematisch entzerren, um zu rekonstruieren, wie die Hintergrundgalaxien ohne die Linse aussehen würden, können Astronomen die Masse und Verteilung der dunklen Materie berechnen, die die Beugung verursacht hat. Es ist eine Form kosmischer Detektivarbeit. Das Wiegen eines unsichtbaren Berges anhand des Schattens,

28:46 den er auf ferneres Licht wirft. Diese Technik wurde genutzt, um die dunkle Materie in einzelnen Haufen, in Filamenten zwischen Haufen und über große Himmelsregionen hinweg zu kartieren. Sie liefert direkte Bestätigung, dass das kosmische Netz tatsächlich eine Struktur aus dunkler Materie ist, mit leuchtenden Galaxien, die sich entlang ihrer dichtesten Fäden bilden. Der kosmische Mikrowellenhintergrund selbst bietet ein weiteres Fenster auf das kosmische Netz. Nicht nur durch sein eigenes Muster von Fluktuationen, sondern durch sekundäre Effekte, die auftreten, wenn die Hintergrundstrahlung die dazwischenliegende Struktur durchquert. Wenn Photonen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds heißes Gas in Galaxienhaufen

29:38 oder Filamenten durchqueren, können sie durch einen Prozess namens Inverse -Compton -Streuung Energie gewinnen. Sie werden zu etwas höheren Frequenzen verschoben. Dieser Sunyev -Zeldovich Effekt, benannt nach den Physikern, die ihn vorhersagten, erlaubt es Astronomen, das heiße intergalaktische Gas nachzuweisen, das das kosmische Netz durchdringt. Selbst in Regionen, in denen es keine Galaxien als direkte Spuren gibt. Beobachtungen dieses Effekts haben bestätigt, dass etwa die Hälfte aller gewöhnlichen Materie im Universum nicht in Galaxien liegt. Sie liegt in diesem diffusen, heißen Gas, das den Raum zwischen ihnen füllt. Besonders entlang der Filamente des kosmischen Netzes. Das intergalaktische Medium ist somit

30:32 ein integraler Bestandteil des kosmischen Netzes. Nicht bloß leerer Raum zwischen Galaxien, sondern eine dynamische Komponente der Struktur selbst. In den Filamenten hat dieses Gas Temperaturen von Hunderttausenden bis zu mehreren Zehn Millionen Grad. Erhitzt durch gravitative Kompression und durch Schocks, wenn Gas entlang der Filamente in Haufen strömt. Dieses Gas emittiert schwach im Röntgenbereich. Es kann durch den Sunyev -Zeldovich Effekt nachgewiesen werden. Aber es bleibt aufgrund seiner diffusen Natur schwierig, es direkt zu beobachten. Dieses intergalaktische Medium zu verstehen, seine Zusammensetzung, seine Temperaturstruktur und seine Entwicklung über die kosmische Zeit, ist eine aktive Forschungsfront. Sie verbindet

31:26 die großräumige Struktur des kosmischen Netzes mit der detaillierten Physik der Galaxienentstehung. Computersimulationen haben eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung und Überprüfung unseres Verständnisses des kosmischen Netzes gespielt. Die beteiligten physikalischen Prozesse überspannen enorme Skalienbereiche.

31:47 Von den Quantenfluktuationen des frühen Universums bis zu den Milliarden lichtjahrelangen Filamenten der Gegenwart. Eine direkte analytische Berechnung ist daher unmöglich. Stattdessen nutzen Astronomen Supercomputer, um die Entwicklung der kosmischen Struktur numerisch zu simulieren. Sie verfolgen Milliarden von Teilchen, während sie sich über Milliarden von Jahren unter dem Einfluss der Schwerkraft und anderer Kräfte bewegen. Die Millennium Simulation, abgeschlossen 2005, folgte mehr als 10 Milliarden Teilchen dunkler Materie, von kurz nach dem Urknall bis zur Gegenwart. Die resultierende Materieverteilung entsprach eng der beobachteten Struktur des kosmischen Netzes mit seinen Filamenten, Haufen und Fuiz. Neuere

32:42 Simulationen wie Illustris, abgeschlossen 2014, sind weitergegangen. Sie bezogen nicht nur dunkle Materie ein, sondern auch gewöhnliches Gas, Sternentstehung, supermassereiche schwarze Löcher und die Rückkopplungsprozesse. durch die Energie von Sternen und schwarzen Löchern das umgebende Medium beeinflusst. Diese Simulationen reproduzieren die Eigenschaften realer Galaxien mit bemerkenswerter Genauigkeit. Sie zeigen, wie sich das kosmische Netz im Laufe der Zeit entwickelt, wie Filamente wachsen und verschmelzen, wie Haufen Materie aus ihrer Umgebung ansammeln, wie Voids sich ausdehnen und leerer werden. Die Übereinstimmung zwischen diesen Simulationen und Beobachtungen gibt starkes Vertrauen, dass

33:34 unser grundlegendes Bild der kosmischen Strukturbildung korrekt ist. Auch wenn viele Details noch zu verstehen bleiben. Die Umgebung innerhalb des kosmischen Netzes beeinflusst die Galaxien, die sich darin bilden, tiefgreifend. Dieser Einfluss wird am deutlichsten sichtbar, wenn wir beobachten, wie eine Galaxie ihre Adresse wechselt. Stellen Sie sich eine Spiralgalaxie vor. Reich an Gas und Staub, ihre Arme hell von neugeborenen Sternen, die entlang eines Filaments auf einen Haufen zutreibt. Während sie sich dem dichten Kern nähert, trifft sie auf das heiße intergalaktische Medium, das den Haufen füllt. Ein dünner, aber unerbittlicher Plasmawind, der sich mit tausenden Kilometern pro Sekunde bewegt. Dieser Wind drückt gegen

34:29 das eigene Gas der Galaxie. Er streift es ab, wie den Schleif eines Kometen, der vom Sonnenwind zurückgeblasen wird. Bis die Galaxie das Material, das für neue Sterne nötig ist, nicht mehr nachfüllen kann. Ihres Brennstoffs beraubt, verblasst die Spirale allmählich. Ihre Arme glätten sich zu einer strukturlosen Ellipse. Ihre Farbe rötet sich, während ihre Sternpopulation ohne Nachschub eitert. Als einst eine lebendige, sternbildende Scheibe war, wird's einer stillen, roten, elliptischen Galaxie. Verwandelt nicht durch eine einzelne katastrophale Kollision, sondern durch den langsamen, umgebungsbedingten Druck ihrer neuen Heimat.

35:21 Galaxien in Filamenten zeigen größere Vielfalt. Sie umfassen sowohl Spiral - als auch Ellipsentypen und zeigen aktivere Sternentstehung, da sie weiterhin Gas aus ihrer Umgebung ansammeln. Galaxien in Feuz sind typischerweise klein, isoliert und gasreich. Sie bilden langsam Sterne in relativer Abgeschiedenheit von den größeren kosmischen Prozessen. Unsere eigene MIG -Straße, gelegen in einem Filament am Rand des Laniaka -A -Superhaufens, ist eine große Spiralgalaxie mit fortlaufender Sternentstehung. Ein Produkt ihres besonderen Ortes und ihrer Geschichte innerhalb des kosmischen Netzes. Die Zukunft der Kartierung des kosmischen Netzes birgt enormes Potenzial. Das Weltraumteleskop Euclid Gestartet 2023 wird die Formen und Ortverschiebungen

36:22 von Milliarden Galaxien messen. Es wird die dreidimensionale Verteilung der Materie über ein Drittel des Himmels mit beispielloser Präzision kartieren. Das Fera C. Rubin Observatorium, das 2025 seinen Betrieb in Chile aufnimmt, wird alle paar Nächte den gesamten Südhimmel durchmustern. Es wird zeitveränderliche Phänomene und extrem blasse Strukturen erfassen, die früheren Durchmusterungen entgangen sind.

36:55 Das Square Kilometer Array, derzeit im Bau in Australien und Südafrika, wird die Verteilung von neutralem Wasserstoff über die kosmische Zeit kartieren. Es wird das kosmische Netz bis zur Epoche der Leonisierung und vielleicht darüber hinaus zurückverfolgen. Zusammen werden diese Instrumente ein vollständigeres und detaillierteres Bild des kosmischen Netzes liefern als je zuvor.

37:23 Sie werden unser Verständnis von dunkler Materie, dunkler Energie und dem endgültigen Schicksal der kosmischen Struktur verfeinern. Und doch könnten unsere Karten, selbst während sie präziser werden, auch Muster offenbaren, die noch größer sind, als wir es uns vorgestellt haben. Strukturen, die so gewaltig sind, dass sie unsere grundlegendsten Annahmen über die Gleichförmigkeit des Kosmos auf die Probe stellen. Das Netz ist so ausgedehnt, so verschlungen, dass wir nicht sicher sein können, ob wir sein volles Ausmaß gesehen haben. Es könnte Fäden jenseits unseres gegenwärtigen Horizonts geben, die Muster weben, von denen wir noch nicht geträumt haben. Was aus all dem hervorgeht, ist ein Bild des Universums, das sich grundlegend

38:13 von der verstreuten Zufälligkeit unterscheidet, die unsere bloßen Augen wahrnehmen. Das kosmische Netz ist nicht bloß eine Ansammlung von Galaxien mit Raum dazwischen. Es ist eine einzige, zusammenhängende Struktur. Das größte Muster, das existiert, geformt von Kräften, die über Milliarden von Jahren wirken, und von Keimen. die in den ersten Momenten der Zeit gepflanzt wurden. Jede Galaxie, jeder Stern, jeder Planet existiert innerhalb dieser Struktur.

38:47 Verbunden durch Filamente aus Materie und durch den kontinuierlichen Fluss von Gas und Schwerkraft, der das Ganze zusammenhält. Wir sind Teil dieser Struktur. Die Atome in unseren Körpern wurden in Sternen geschmiedet, die sich entlang von Filamenten des kosmischen Netzes bildeten. Aus Gas, das sich seit dem dunklen Zeitalter angesammelt hatte. In Regionen, deren Dichte durch Quantenfluktuationen im ersten Sekundenbruchteil nach dem Urknall bestimmt wurde. Das Calcium in unseren Knochen, das Eisen in unserem Blut, der Kohlenstoff, der die Grundlage allen Lebens auf der Erde bildet.

39:30 Diese Elemente wurden in Sterninneren erzeugt und durch Supernova -Explosionen verteilt. Dann wurden sie in spätere Generationen von Sternen und Planeten eingebaut. Alles innerhalb der fließenden, sich entwickelnden Struktur des kosmischen Netzes. Wenn wir dieses Netz kartieren, wenn wir seine Filamente nachzeichnen und seine Voids vermessen, untersuchen wir nicht etwas Fernes und Abstraktes.

39:58 Wir untersuchen unseren eigenen Kontext. Die größere Struktur, in die unsere Existenz eingebettet ist. Das kosmische Netz erinnert uns daran, dass Größenordnung nicht Trennung bedeutet. Die größten Strukturen und die kleinsten Teilchen sind durch kontinuierliche physikalische Prozesse verbunden. Durch Schwerkraft und Gas und Licht. Durch die ununterbrochene Kette von Ursache und Wirkung, die sich von den Quantenfluktuationen des frühen Universums bis zum gegenwärtigen Moment erstreckt.

40:37 Wir sind keine Beobachter, die außerhalb dieser Struktur stehen und hineinschauen. Wir sind Knoten in ihr. Vorübergehende Konzentrationen von Materie und Energie, die an ihrer Entwicklung teilhaben, selbst während wir versuchen, sie zu verstehen. Die Erde ist aus der Perspektive des kosmischen Netzes unsichtbar. Ein Staubkorn an einem Filament eines Superhaufens. Und doch ist dieses Staubkorn unermesslich kostbar. Der einzige Ort, den wir kennen, an dem das Universum sich seiner selbst bewusst geworden ist. Wo Materie sich zu Leben und Bewusstsein organisiert hat. Wo das kosmische Netz betrachtet und kartiert werden kann. Die Weite der Struktur verringert nicht die Bedeutung unseres Platzes in ihr. Vielmehr vertieft sie

41:33 sie. Sie verbindet unser kurzes Leben mit Prozessen, die Milliarden von Jahren und Milliarden von Lichtjahren umspannen. Sie erinnert uns daran, dass wir Teil von etwas Größerem sind, als wir vollständig begreifen können. Und doch etwas, das wir durch Geduld und sorgfältige Beobachtung zu verstehen lernen können. Der Nachthimmel erscheint bei flüchtiger Betrachtung immer noch verstreut.

42:01 Aber wir wissen jetzt, was hinter dieser Erscheinung liegt. Wir wissen, dass das Licht, das wir sehen, zu Filamenten organisiert ist, die sich über das beobachtbare Universum erstrecken. Wir wissen, dass die Dunkelheit dazwischen Voids von unvorstellbarer Leere enthält. Wir wissen, dass die gesamte Struktur aus Keimen wuchs, die in den frühesten Momenten der Zeit gepflanzt wurden und von der Schwerkraft geformt wurde. die kontinuierlich über Milliarden von Jahren wirkte. Dieses Wissen verringert nicht die Schönheit des Nachthimmels. Es vertieft sie.

42:39 Es verwandelt verstreute Lichtpunkte in sichtbare Spuren einer unsichtbaren Architektur, die unseren gegenwärtigen Moment mit der tiefsten Geschichte des Kosmos verbindet.