Eine der größten jemals im Universum entdeckten rotierenden Strukturen: 14 Millionen Lichtjahre große „Klingen“-Galaxienfilamente erscheinen

Astronomen berichteten kürzlich, dass sie etwa 140 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt einen „klingendünnen“ Galaxienfaden aus wasserstoffreichen Galaxien entdeckt hätten, und bestätigten, dass die gesamte Struktur rotiere. Es gilt als eines der größten jemals entdeckten rotierenden Bauwerke. Die in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlichte Forschung soll wichtige Hinweise darauf liefern, wie sich Galaxien im frühen Universum bildeten und rotierten.

Das „kosmische Netz“ im Universum besteht aus riesiger Dunkler Materie und Galaxienfilamenten. Diese kosmischen Filamente sind sowohl strukturelle Skelette als auch „Autobahnen“, die Materie und Impuls zu Galaxien transportieren. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass Filamente im nahen Weltraum, die eine große Anzahl gleichrotierender Galaxien enthalten, besonders geeignet sind, um zu untersuchen, wie Galaxien Rotation und Gas von Strukturen größeren Maßstabs „übernehmen“, und dass sie auch bestehende Theorien darüber testen können, wie sich die Rotation des Universums im großen Maßstab allmählich über mehrere zehn Millionen Lichtjahre hinweg ansammelt.

Während dieser Beobachtung entdeckte das Team 14 benachbarte Galaxien, die reich an neutralem Wasserstoffgas sind und nahezu ausgerichtet waren und ein extrem dünnes Filament von etwa 5,5 Millionen Lichtjahren Länge und nur etwa 117.000 Lichtjahren Breite bildeten. Dieses „Filament“ ist in ein viel größeres kosmisches Filament eingebettet, das mehr als 280 Galaxien enthält und eine Gesamtlänge von etwa 50 Millionen Lichtjahren hat. Beobachtungen zeigen, dass die Rotationsrichtung einer beträchtlichen Anzahl von Galaxien mit der Rotationsrichtung des gesamten Filaments übereinstimmt, die viel höher ist als bei zufälliger Verteilung erwartet. Dies stellt eine Herausforderung für bestehende Theorien dar und impliziert, dass der Einfluss der großräumigen Struktur des Universums auf die Rotation von Galaxien stärker sein und länger anhalten könnte.

Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Galaxien auf beiden Seiten des „Hauptkamms“ des Filaments eine umgekehrte Bewegung zeigten, was darauf hindeutet, dass sich die gesamte Struktur als Ganzes drehte. Durch die Berechnung des dynamischen Filamentmodells ergaben sie eine Rotationsgeschwindigkeit von etwa 110 Kilometern pro Sekunde und schätzten, dass der Radius des dichten zentralen Bereichs des Filaments etwa 50.000 Parsec (etwa 163.000 Lichtjahre) beträgt. Das Forscherteam verglich dieses Phänomen anschaulich mit einer „sich drehenden Teetasse“ in einem Vergnügungspark: Jede Galaxie ist wie eine rotierende Teetasse, und die Plattform, die sie trägt, das kosmische Filament selbst, dreht sich ebenfalls. Diese „doppelte Rotation“ bietet ein seltenes Fenster zum Verständnis, wie Galaxien ihre Rotation von der großräumigen Struktur, in der sie sich befinden, erhalten.

Aufgrund seiner dynamischen Eigenschaften scheint dieses galaktische Filament noch jung und relativ „unbeeinträchtigt“ zu sein. Die Existenz einer großen Anzahl wasserstoffreicher Galaxien und die geringe Amplitude ihrer inneren Bewegung deuten darauf hin, dass sie sich in einem sogenannten „dynamisch kalten“ Zustand befinden und sich möglicherweise noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden. Da Wasserstoff der Rohstoff für die Sternentstehung ist, bedeuten wasserstoffreiche Galaxien oft, dass diese Galaxien immer noch aktiv den „Brennstoff“ ansammeln oder speichern, der für die Sternentstehung erforderlich ist, und stellen daher eine ideale Probe für die Untersuchung der frühen oder laufenden Stadien der Galaxienentstehung und -entwicklung dar.

Neutrales Wasserstoffgas reagiert äußerst empfindlich auf Bewegungsstörungen, weshalb wasserstoffreiche Galaxien auch ausgezeichnete „Tracer“ für die Verfolgung des Gasflusses in kosmischen Filamenten sind. Durch die Beobachtung der Verteilung und Bewegung von Wasserstoffgas können Forscher deutlicher erkennen, wie das Gas entlang der Filamente in die Galaxie „transportiert“ wird, und daraus schließen, wie Drehimpuls im kosmischen Netz übertragen wird, was sich auf die Struktur, Rotation und Sternentstehungseffizienz der Galaxie auswirkt. Es wird erwartet, dass dieses Ergebnis auch eine Referenz für zukünftige Beobachtungen schwacher Gravitationslinsen in der Kosmologie darstellt, da die inhärente Form und Ausrichtung der Galaxie selbst zu einer „intrinsischen Ausrichtung“ bei relevanten Messungen führen wird, die im Modell charakterisiert und korrigiert werden muss.

Für die Arbeit wurden Daten des MeerKAT-Radioteleskops in Südafrika verwendet, das aus 64 miteinander verbundenen Radioantennen besteht und eines der leistungsstärksten heute aktiven Radioteleskope ist. Das Forschungsteam identifizierte dieses rotierende Filament im Deep-Sky-Durchmusterungsprojekt MIGHTEE und kombinierte die optischen Beobachtungen des Dark Energy Spectroradiometer (DESI) und des Sloan Digital Sky Survey (SDSS), um zu bestätigen, dass es sowohl eine Gesamtausrichtung der Rotationsrichtung der Galaxie als auch eine großräumige Gesamtrotation aufweist. Einer der Leiter der Studie sagte, dass dieses Filament wie eine „Fossilaufzeichnung des Flusses des Universums“ sei und den Menschen dabei helfe, zu verfolgen, wie Galaxien ihre Rotation anhäuften und im Laufe der langen Geschichte des Universums allmählich wuchsen.