Die Milchstraße ist in einer kosmischen Leere gefangen, die Milliarden von Lichtjahren groß ist

Wenn wir das Universum beobachten, vor allem bei großen Entfernungen, können wir sehen, dass das Universum einem Spinnennetz ähnelt. Wir beobachten Filamente, das sind Regionen mit einer Konzentration von Galaxien, und auch leere Regionen, die kosmischen Leerräume. Diese Regionen können Hunderte von Millionen von Lichtjahren groß sein. Die Milchstraße scheint sich in einem der Filamente dieses Netzwerks zu befinden, aber einige Astronomen glauben, dass wir uns in einer Leere befinden. Einer der Gründe, warum einige Astronomen glauben, die Milchstraße gehöre zu einem Leerraum, hängt mit dem Problem der sogenannten Hubble-Spannung zusammen. Dieses Problem wird durch die Diskrepanz zwischen den mit verschiedenen Methoden gemessenen Werten der Hubble-Konstante verursacht.

Eine Lösung für dieses Problem ist die Vorstellung, dass wir in einem dieser Hohlräume leben und die Expansion des Raums um uns herum daher etwas schneller verläuft. Dies würde die höheren Werte erklären, die bei lokalen Messungen der Hubble-Konstante ermittelt wurden. In einer kürzlich veröffentlichten Studie wurde vorgeschlagen, diese Hypothese durch die Analyse der akustischen Baryon-Oszillationen (BAO) zu überprüfen.

Die BAO sind eine Art "Fingerabdruck", den die Dichtefluktuationen kurz nach dem Urknall hinterlassen haben. Die Analyse der BAO zusammen mit der Analyse der großräumigen Galaxienverteilung würde es uns ermöglichen, zu untersuchen, ob wir uns in einer kosmischen Leere befinden oder nicht. Der Artikel wurde im Juni in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Kosmisches Netzwerk

Das kosmische Netz besteht aus Fäden, die sich aus Galaxien, Gas und dunkler Materie zusammensetzen. Diese Fäden sind miteinander verbunden und bilden Regionen mit geringer Dichte, die als kosmische Leerräume bezeichnet werden. Wenn wir das Universum in einem großen Maßstab betrachten, ist dies die Struktur, die wir sowohl in Beobachtungsdaten als auch in kosmologischen Simulationen beobachten. Wegen seiner Ähnlichkeit mit einem unregelmäßigen Spinnennetz wird das Netzwerk auch als Netz bezeichnet.

Durch diese Gravitationswechselwirkung zwischen Galaxien entstehen Umgebungen mit Hunderten bis Tausenden von Komponenten, die als Galaxienhaufen bezeichnet werden . Galaxienhaufen befinden sich im Allgemeinen an den Schnittpunkten von Filamenten, während Filamente Regionen mit weniger Galaxien sind, wie Gruppen. Leerräume sind Regionen mit einer geringen Menge an Materie, und diese Regionen sind schwer zu beobachten, da sie wenig Licht aussenden.

Hubble-Spannung

Zur gleichen Zeit, in derdie Filamente durch die Schwerkraft geformt werden, dehnt sich das Universum beschleunigt aus. Diese Expansion wird durch die Hubble-Konstante gemessen, die die Expansionsrate angibt. Allerdings gibt es eine Diskrepanz zwischen den Methoden zur Messung dieser Konstante. Messungen auf der Grundlage des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), die aus weit entfernten Regionen stammen, ergeben einen Wert von etwa 67 km/s/Mpc. Direkte Beobachtungen von Supernovae in nahen Galaxien deuten auf einen höheren Wert hin, etwa 73 km/s/Mpc.

Diese Diskrepanz wird als Hubble-Spannung bezeichnet und war in den letzten Jahrzehnten eine Herausforderung für die Astronomen. Eine Hypothese zur Lösung dieser Spannung ist, dass wir uns in einer Region mit geringerer Dichte befinden, d. h. in einer Leere. Würden wir uns in einer Leere befinden, wäre die Schwerkraft in dieser Region schwächer, und die Galaxien würden sich scheinbar schneller entfernen. Dies würde die Illusion erwecken, dass die Hubble-Konstante hier höher wäre, während der Wert niedriger wäre, wie die CMB-Messungen nahelegen.

Akustische Baryon-Oszillationen (BAO)

Baryon Acoustic Oscillations (BAOs) sind Variationsmuster in der Verteilung von Galaxien. Diese Variationsmuster sind aus Wellen entstanden, die sich kurz nach dem Urknall im Urplasma des Universums ausbreiteten. Diese Schwingungen haben die sichtbare Materie, die wir heute beobachten, geprägt und scheinen eine "Vorzugsskala" für die Trennung zwischen Galaxien zu schaffen.

Die Untersuchung von BAOs ermöglicht es uns zuverstehen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit ausgedehnt hat, und gibt uns Hinweise darauf, wie Gravitation und dunkle Energie gewirkt haben. Außerdem dienen BAOs als Beobachtungsnachweis, um kosmologische Modelle zu testen. Durch die Beobachtung der Position und Verteilung dieser Schwingungen in verschiedenen Epochen des Universums können Astronomen die Expansionsrate zu dieser Zeit bestimmen.

Befinden wir uns in einer Leere?

Zwei Astrophysiker untersuchten Beobachtungen der BAO, um die Hypothese zu testen, dass sich die Milchstraße zusammen mit der Lokalen Gruppe in einem dieser Hohlräume befindet. Die Arbeit wurde in MNRAS veröffentlicht und enthält Vergleiche zwischen den Vorhersagen dieses Modells und den Beobachtungsdaten der BAO. Demnach zeigen die Astrophysiker, dass das Modell, wonach wir uns in einer Leere befinden, besser zu den Beobachtungsdaten passt. Insbesondere fanden sie heraus, dass sich die Daten umso mehr von der Vorstellung entfernen, dass wir uns in einer dichten Region befinden, je näher die Objekte sind, und sich der Leerraum-Hypothese annähern.

Dadurch verringert sich der Unterschied zwischen lokalen und globalen Messungen der Expansionsrate des Universums. Demnach scheinen die BAO-Daten die Idee zu bestätigen, dass wir in einer Region mit weniger Materie leben, was einen Teil der Spannungen erklären könnte, ohne die gesamte Standardkosmologie ändern zu müssen.

Quellenhinweis:

Banik & Kalaitzidis 2025 Testing the local void hypothesis using baryon acoustic oscillation measurements over the last 20 yr Monthly Notices of the Royal Astronomical Society