Wissenschaftler gaben kürzlich bekannt, dass sie den „am zuverlässigsten gemessenen und größten kosmischen Überbau“ im beobachtbaren Universum bestätigt haben. Dieses aus Galaxien, Galaxienhaufen und dunkler Materie verwobene Gigant trägt den Namen „Quipu“. Sein Ausmaß ist so groß, dass es sich über etwa 1,4 Milliarden Lichtjahre durch den kosmischen Raum erstreckt und damit offiziell den Rekord für die größte Struktur im bekannten Universum bricht.

Die Forschung wurde vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und dem Max-Planck-Institut für Physik in Deutschland geleitet und in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Spanien und Südafrika durchgeführt. Durch die Analyse der Verteilungskarte von Galaxienhaufen am Himmel, die vom Röntgensatelliten ROSAT erstellt wurde, konnten sie nach und nach die dreidimensionale Verteilung dieser Überstruktur erfassen und rekonstruieren.

Projektleiter Hans Berlinger wies darauf hin, dass, wenn man die Verteilung von Galaxienhaufen in einer Kugelschalenregion etwa 416 bis 826 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt beobachtet, eine riesige Struktur, die sich von den hohen Breiten des Nordhimmels bis nahe an den Rand des Südhimmels erstreckt, besonders ins Auge fällt. Das ist Quipu.

Diese Struktur besteht aus 68 riesigen Galaxienhaufen mit einer Gesamtmasse von etwa 2×10¹⁷ Sonnenmassen. Seine Länge übersteigt 400 Megaparsec (ungefähr 1,4 Milliarden Lichtjahre) und sein Volumen übertrifft die früher berühmte „Sloan Great Wall“ (ungefähr 1,1 Milliarden Lichtjahre) deutlich.

Diese Entdeckung ist untrennbar mit der grundlegenden Arbeit des ROSAT-Satelliten verbunden. Als erster Satellit, der eine Röntgendurchmusterung des gesamten Himmels durchführte, hat ROSAT seit 1990 den gesamten Himmel mit einem hochauflösenden Röntgenteleskop abgetastet, die hochenergetische Strahlung aufgezeichnet, die vom heißen Gas zwischen Galaxienhaufen emittiert wird, und einen detaillierten Katalog von Galaxienhaufen für Wissenschaftler erstellt.

Da große Observatorien in den folgenden Jahrzehnten weiterhin die Entfernungen dieser Galaxienhaufen maßen, konnte das Forschungsteam eine genauere dreidimensionale Karte der Materieverteilung erstellen. Auf einer solchen „kosmischen Karte“ wurde Quipu als der größte bisher bekannte Überbau im Umkreis von einer Milliarde Lichtjahren von der Erde identifiziert.

In der Forschungsarbeit wird betont, dass zur genauen Bestimmung wichtiger kosmologischer Parameter wie der Expansionsrate, der Materiedichte und der Geometrie des Universums der Einfluss lokaler großräumiger Strukturen auf Beobachtungsdaten vollständig berücksichtigt werden muss.

Zu diesen Effekten gehören subtile Veränderungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung durch großräumige Gravitationsfelder, Krümmungen von Lichtwegen durch Gravitationslinsen und Verschiebungen der Messungen der Hubble-Konstante, die durch „Gesamtströmungen“ verursacht werden, die durch großräumige Materieverteilung verursacht werden. Letztere können durch große Massenkonzentrationen mit einem Abstand von bis zu 250 Megaparsec erzeugt werden.

In der neuesten Arbeit führte das Team die erste systematische Bewertung großräumiger Strukturen am gesamten Himmel im Bereich von 130 bis 250 Megaparsec durch. Unter den fünf bedeutendsten ausgewählten Aufbauten belegte Quipu sowohl hinsichtlich der Länge als auch der Masse den ersten Platz.

Untersuchungen zeigen, dass diese Art von Überstrukturen kein äußerst seltener „Sonderfall“ sind: Sie beherbergen etwa 45 % der Galaxienhaufen, 30 % der Galaxien und etwa ein Viertel der Materie, nehmen aber nur etwa 13 % des Volumens des Universums ein. Sie sind ein äußerst wichtiger Bestandteil der großräumigen Struktur des Universums.

Beobachtungen zeigen auch, dass die räumliche Dichte von Galaxien in der Nähe dieser Überstrukturen deutlich höher ist als in der Umgebung isolierter Galaxienhaufen, was darauf hindeutet, dass großräumige Gravitationsnetzwerke einen wichtigen Einfluss auf die Entstehung und Entwicklung von Galaxien haben.

Gleichzeitig ergaben numerische Simulationen auf der Grundlage des aktuellen Mainstream-Kosmologiemodells Λ-CDM (Lambda Cold Dark Matter) auch eine großräumige Struktur ähnlich der von Quipu, was diese Beobachtung theoretisch stützte und zeigte, dass diese Entdeckung in hohem Maße mit dem kosmologischen Standardrahmen übereinstimmt.

Wissenschaftler weisen darauf hin, dass eine solch riesige Materialstruktur Spuren des sogenannten „integrierten Sachs-Whorf-Effekts“ im kosmischen Mikrowellenhintergrund hinterlassen sollte, bei dem es sich um die subtile Änderung der Energie von Photonen handelt, wenn sie einen Gravitationspotentialtopf passieren, der sich im Laufe der Zeit entwickelt.

Das Forschungsteam suchte in den Daten des Planck-Satelliten nach diesem Signal und fand tatsächlich Anzeichen, die mit der theoretisch erwarteten Intensität übereinstimmten. Allerdings reichte die statistische Signifikanz nicht aus, um die Möglichkeit zufälliger Schwankungen vollständig auszuschließen, sodass eine anschließende genauere Datenüberprüfung noch erforderlich ist.

Jon, der an der Forschung beteiligt war, betonte, dass diese Korrekturen, auch wenn sie oberflächlich nur zu einer Abweichung von einigen Prozentpunkten führen, mit zunehmender Genauigkeit kosmologischer Beobachtungen in Zukunft immer kritischer werden, was unsere feine Charakterisierung der Gesamtnatur des Universums betrifft.

Mit anderen Worten: Um das Universum mit einer Genauigkeit von „einigen Prozent“ zu verstehen, kann die Existenz und Verteilung großräumiger Überstrukturen nicht mehr einfach ignoriert werden.

Der Name „Quipu“ stammt von dem Knüpfsystem, das die Inka-Zivilisation zur Aufzeichnung von Informationen verwendete – „Knoten“, weil die Form des Überbaus im Raum einer Hauptfaser mit verzweigten Fäden ähnelt.

Der Name ist auch eine Hommage an das Europäische Südobservatorium in Chile, wo viele wichtige Entfernungsmessungen durchgeführt wurden, und die im örtlichen Museum ausgestellten Inka-Knotenseilartefakte bilden in gewisser Weise auch eine historische und kulturelle Brücke für diese kosmische Entdeckung.

Die Forscher wiesen darauf hin, dass diese Entdeckung uns nicht nur einen neuen „Herrscher“ zur Kartierung der Verteilung der Materie im Universum bietet, sondern auch ein einzigartiges Experimentierfeld zum Testen kosmologischer Modelle und zur Untersuchung der Entstehung und Entwicklung von Galaxien in verschiedenen Umgebungen bietet.

Überstrukturen wie Quipu zeigen, dass das größte „kosmische Netz“ im Universum nicht nur eine Hintergrundbühne ist, sondern auch einen erheblichen Einfluss auf die heute anspruchsvollsten kosmischen Messungen der Menschheit hat und so unser Verständnis über das Schicksal und den Ursprung des Universums prägt.