Am 30. Januar 2025 präsentierten Forscher der Universität Milano-Bicocca die ersten hochauflösenden Bilder eines kosmischen Filaments, das zwei sich bildende Galaxien verbindet und aus einer Zeit stammt, als das Universum erst 2 Milliarden Jahre alt war. Dieser Durchbruch wurde durch eine Studie ermöglicht, die den Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) nutzte, ein fortschrittliches Spektrographen-System am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile.
Die Ergebnisse, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, zeigen eine kosmische Struktur, die neue Einblicke in die dunkle Materie bietet. Das Forschungsteam unter der Leitung von Professoren Michele Fumagalli und Matteo Fossati führte eine umfangreiche Beobachtungskampagne mit MUSE durch und sammelte über Hunderte von Stunden Daten.
Dunkle Materie, die etwa 90 % aller Materie im Universum ausmacht, spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung und Evolution kosmischer Strukturen. Fumagalli bemerkte, dass dunkle Materie ein komplexes kosmisches Netz aus Filamenten bildet, an deren Schnittpunkten die hellsten Galaxien zu finden sind. Dieses Netz dient als Rahmen für die sichtbaren Strukturen im Universum, wobei Gas innerhalb der Filamente fließt, um die Sternentstehung zu erleichtern.
Jahrelang war die Beobachtung dieses kosmischen Netzes eine Herausforderung aufgrund des schwachen Schimmers, den das diffuse Gas in diesen Filamenten abgibt, der mit früheren Instrumenten nicht erkennbar war. MUSEs hohe Lichtempfindlichkeit ermöglichte es den Wissenschaftlern, detaillierte Bilder des kosmischen Netzes zu erfassen.
Die Studie, die von Doktorand Davide Tornotti geleitet wurde, produzierte das schärfste Bild eines kosmischen Filaments, das sich über 3 Millionen Lichtjahre erstreckt und zwei Galaxien verbindet, von denen jede ein supermassives schwarzes Loch beherbergt. Tornotti erklärte, dass sie durch das Einfangen des schwachen Lichts dieses Filaments, das fast 12 Milliarden Jahre gereist ist, um die Erde zu erreichen, seine Form präzise charakterisieren und zum ersten Mal die Grenze zwischen dem Gas in den Galaxien und dem Material im kosmischen Netz abgrenzen konnten.
Zusätzlich führte das Team Simulationen des Universums unter Verwendung von Supercomputern durch, um die Vorhersagen des aktuellen kosmologischen Modells mit den neuen Daten zu vergleichen und fand eine wesentliche Übereinstimmung zwischen Theorie und Beobachtung. Diese Forschung wurde von der Cariplo-Stiftung und dem Ministerium für Universität und Forschung im Rahmen des Projekts Abteilungen der Exzellenz 2023-2027 (BiCoQ, Bicocca Centre for Quantitative Cosmology) unterstützt.