Astronomen haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop die bisher detaillierteste Karte des kosmischen Netzes erstellt, der massiven Struktur, die alle Galaxien im Universum verbindet. Ein Forscherteam unter der Leitung der University of California, Riverside, hat dieses riesige Netzwerk bis zu seinem frühen Zustand zurückverfolgt, als das Universum erst etwa 1 Milliarde Jahre alt war.
Das kosmische Netzwerk ist das riesige Skelettgerüst des Universums, das aus riesigen faserartigen Strukturen und blattartigen Strukturen aus dunkler Materie und Gas besteht, die riesige weltraumnahe Regionen, sogenannte „Leere“, umgeben. Zusammen bilden diese Strukturen die großräumige Architektur des Universums und verbinden Galaxien und Galaxienhaufen über weite Entfernungen. Die Forschungsergebnisse wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht und basieren auf COSMOS-Web, dem größten Himmelsdurchmusterungsprojekt in der Geschichte des Webb-Teleskops. Wissenschaftler nutzten die Umfragedaten, um zu untersuchen, wie sich Galaxien in diesem vernetzten Netzwerk bildeten und entwickelten, das sich über 13,7 Milliarden Jahre kosmischer Geschichte erstreckte.
Seit seiner Einführung im Jahr 2021 hat das Webb-Teleskop mit seiner außergewöhnlichen Empfindlichkeit und Bildklarheit die astronomische Forschung revolutioniert. Seine Infrarotinstrumente können schwache, entfernte Galaxien erkennen, die für frühe Teleskope unsichtbar waren, und ermöglichen es Wissenschaftlern, in frühere Zeiten im Universum zurückzugreifen und durch kosmische Staubwolken zu blicken. Um diese Möglichkeiten voll auszuschöpfen, entwickelte ein internationales Team das COSMOS-Web-Projekt, das größte universelle Beobachterprogramm, das für das Webb-Teleskop ausgewählt wurde. Die Durchmusterung deckt einen zusammenhängenden Himmelsbereich ab, der etwa die Größe von drei Vollmonden hat, und ist speziell für die Kartierung des kosmischen Netzes konzipiert.
„Das Webb-Teleskop hat unser Verständnis des Universums revolutioniert, und COSMOS-Web wurde von Anfang an entwickelt, um die breiten und tiefen Einblicke zu bieten, die wir zur Beobachtung des kosmischen Netzes benötigen“, sagte Erstautor Hossein Khatamniya, ein Doktorand an der UC Riverside und am Carnegie Observatory. Zum ersten Mal ist es möglich, die Entwicklung von Galaxien in Galaxienhaufen und faserähnlichen Strukturen über die kosmische Zeit hinweg zu untersuchen, von der Geburt des Universums vor 1 Milliarde Jahren bis zum nahen Universum. „Das sogenannte nahegelegene Universum bezieht sich auf den Bereich im Umkreis von etwa 1 Milliarde Lichtjahren von der Erde, und 1 Lichtjahr entspricht etwa 5,88 Billionen Meilen, was zur Messung der Entfernung verwendet wird, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.“
Bahram Mobaser, angesehener Professor für Physik und Astronomie an der University of California, Riverside und Mentor von Khatamniya, sagte, dass die neuen Webb-Daten einen detaillierteren Blick auf die großräumige kosmische Struktur bieten als frühere Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Der Vergleich der beiden Datensätze zeigt, dass viele Strukturen, die einst verschwommen waren, nun klar getrennt und detaillierter untersucht werden können. „Die Verbesserungen bei Tiefe und Auflösung sind wirklich erheblich“, sagte Maubasel. „Wir sind jetzt in der Lage, das kosmische Netzwerk zu sehen, als das Universum nur ein paar hundert Millionen Jahre alt war, eine Ära, die vor dem Webb-Teleskop weitgehend unzugänglich war. Was früher wie eine einzelne Struktur aussah, ist jetzt in viele Strukturen aufgelöst, und Details, die zuvor geglättet waren, sind jetzt deutlich sichtbar.“
Khatamniya erklärte, dass diese Verbesserung aus der Kombination zweier wesentlicher Vorteile des Webb-Teleskops resultiere. „Dieses Teleskop erkennt viel mehr lichtschwache Galaxien im gleichen Bereich des Himmels, und die Entfernungen zu diesen Galaxien werden viel genauer gemessen“, sagte er. „So kann jede Galaxie in den richtigen Abschnitt der kosmischen Zeit eingeordnet werden, wodurch die Auflösung der Karte erhöht wird.“
Das Forschungsteam setzt die Tradition der offenen Wissenschaft des COSMOS-Projekts fort und veröffentlicht groß angelegte Strukturkarten öffentlich. „Die zur Erstellung der Karte verwendete Datenverarbeitungspipeline, ein Sternenkatalog mit 164.000 Galaxien und ihrer kosmischen Dichte sowie Videos, die die Entwicklung des kosmischen Netzwerks über Milliarden von Jahren zeigen, sind alle für die Öffentlichkeit zugänglich“, sagte Maubasel. An der Forschung waren auch Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten, Dänemark, Chile, Frankreich, Finnland, der Schweiz, Japan, China, Deutschland und Italien beteiligt und wurde durch Mittel aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unterstützt.