Mit einer Röntgendurchmusterung von Galaxienhaufen haben Astronomen die Quipu-Superstruktur im nahen Universum identifiziert. Sie ähnelt einer langen Knotenschnur; ihre am weitesten voneinander entfernten Mitglieder liegen rund 1,4 Milliarden Lichtjahre auseinander. Solche gewaltigen Materieansammlungen beeinflussen auch Präzisionsmessungen der kosmischen Expansion und des Mikrowellenhintergrunds.
Das Wichtigste
- Quipu enthält 68 Galaxienhaufen. Der größte Abstand zwischen Mitgliedern beträgt 428 Mpc, rund 1,4 Milliarden Lichtjahre; die geschätzte Gesamtmasse liegt bei etwa 2,4 × 10¹⁷ Sonnenmassen.
- Die Studie kartiert Galaxienhaufen mit ROSAT-Röntgendaten und vergleicht die Struktur mit Galaxienverteilungen und kosmologischen Simulationen.
- Superstrukturen können Präzisionsmessungen der Expansion und des Mikrowellenhintergrunds beeinflussen. Das gesuchte Mikrowellensignal hat bislang geringe statistische Signifikanz.
Auf einer Karte der Galaxienhaufen im nahen Universum zieht sich ein gewaltiges verzweigtes Netz vom Nord- zum Südhimmel. Hans Böhringer und sein Team benannten diese Superstruktur in einer 2025 veröffentlichten Studie Quipu. Sie umfasst 68 Galaxienhaufen; ihre beiden am weitesten voneinander entfernten Mitglieder liegen 428 Megaparsec (Mpc), rund 1,4 Milliarden Lichtjahre, auseinander. Damit ist sie die größte Struktur dieser Durchmusterung.
Eine kosmische Schnur mit Seitenästen
In drei Dimensionen zeigt Quipu einen langen, gekrümmten Hauptstrang mit kürzeren Seitenästen. Quipu bezeichnet die Knotenschnüre, mit denen die Inka Informationen festhielten. Der Name greift die Form des Netzes auf und verweist auf die Beobachtungen in Chile, die viele der Rotverschiebungen der Haufen lieferten.
Jeder 'Knoten' ist hier ein Galaxienhaufen aus vielen Galaxien. Die 428 Mpc der Studie bezeichnen den größten geradlinigen Abstand zwischen Mitgliedern und übertreffen die dort für die Sloan Great Wall genannten 328 Mpc. Das Forschungsinstitut bezeichnete Quipu deshalb als die damals größte zuverlässig vermessene kosmische Superstruktur. Dieser Vergleich hängt davon ab, wie die jeweiligen Studien Strukturen abgrenzen und ihre Ausdehnung messen.
Materie mit Röntgenhaufen aufspüren
Das Team nutzte die CLASSIX-Durchmusterung: Galaxienhaufen wurden in den ROSAT-Röntgendaten des gesamten Himmels gefunden und durch optische Spektroskopie identifiziert sowie in ihrer Rotverschiebung bestimmt. Der Katalog deckt rund 86% des Himmels ab. Untersucht wurde vor allem der Rotverschiebungsbereich 0,03 bis 0,06 in etwa 130–250 Mpc Entfernung; verbundene Mitglieder jenseits dieser Grenzen wurden ebenfalls einbezogen.
Galaxienhaufen dienen als Wegweiser zu dichten Bereichen des kosmischen Netzes. Ein Friends-of-Friends-Algorithmus verbindet schrittweise hinreichend nahe Haufen. Die Verknüpfungsschwelle wird an die mit der Entfernung wechselnde Stichprobendichte angepasst. Die Rotverschiebungsdaten von 2MASS-Galaxien zeigen entsprechende Verdichtungen und stützen damit die von Haufen nachgezeichneten Umrisse durch weitere Beobachtungen.
Quipus Gesamtmasse wird auf etwa 2,4 × 10¹⁷ Sonnenmassen geschätzt, einschließlich der großräumigen Materieverteilung um die Haufen. Dafür wird aus der Haufendichte eine Materiedichte abgeleitet und mit einem zugewiesenen Strukturvolumen kombiniert. Das Ergebnis hängt somit vom Modell und den gewählten Grenzen ab. Beobachtbare Wegweiser helfen auf diese Weise, die Verteilung Dunkler Materie zu erschließen.
Wie viel steckt in fünf Superstrukturen?
Neben Quipu identifizierte das Team vier weitere große Superstrukturen: Shapley, Serpens–Corona Borealis, Hercules und Sculptor–Pegasus. Aus Durchmusterung und Simulationen schätzen die Autoren, dass diese Strukturen im untersuchten Gebiet rund 45% der Haufen, 30% der Galaxien und 25% der Materie enthalten und etwa 13% des Volumens einnehmen. Diese Anteile gelten für die Superstrukturen gemeinsam innerhalb des Untersuchungsgebiets, nicht für Quipu allein.
Auch die kosmologische Millennium-Simulation erzeugt Superstrukturen mit ähnlicher Häufigkeit und Mitgliederverteilung. Der Vergleich zeigt, dass solche riesigen Netze im ΛCDM-Modell mit kalter Dunkler Materie und kosmologischer Konstante entstehen können. Ihre besonderen Umgebungen ermöglichen Untersuchungen dazu, wie die umgebende Materie Galaxien beeinflusst.
Wie die Schnur kosmische Messungen beeinflusst
Die Schwerkraft dieser Materieansammlungen verleiht Galaxien zusätzliche Bewegungen zur allgemeinen kosmischen Expansion. Am Beispiel der Strömungen um Shapley schätzt die Studie, dass lokale Messungen der Hubble-Konstante in manchen Richtungen um ein bis wenige Prozent abweichen könnten. Diese Abschätzung veranschaulicht den Einfluss der großräumigen Umgebung; genaue Korrekturen erfordern vollständigere Materie- und Geschwindigkeitskarten.
Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds kann beim Durchqueren eines zeitlich veränderlichen Gravitationspotenzials kleine Temperaturverschiebungen erfahren: den integrierten Sachs-Wolfe-Effekt (ISW). Vereinfachte Modelle der Studie sagen für solche Superstrukturen Signale von rund 3–5 Mikrokelvin voraus. Die Suche in Planck-Daten liefert eine ähnliche Stärke, jedoch mit einer statistischen Signifikanz unter 1σ. Eine Bestätigung erfordert aussagekräftigere Beobachtungen.
Die Enden der Schnur bleiben zu erkunden
Teile von Quipus Rand liegen nahe Regionen, in denen die Milchstraße Hintergrundobjekte verdeckt. Das südliche Ende befindet sich zudem nahe dem Vela-Superhaufen. Bei der verwendeten Verknüpfungsschwelle bleiben beide getrennt. Ob hinter der galaktischen Scheibe weitere Mitglieder liegen, müssen künftige Durchmusterungen klären; neue Daten könnten den kartierten Umriss erweitern.
Auch Superstrukturen verändern sich mit der Zeit. Die Autoren erwarten, dass sie künftig in mehrere jeweils für sich kollabierende Einheiten zerfallen. Die heutige lange Schnurform ist eine Phase der Entwicklung des kosmischen Netzes. Ihre Kartierung hilft zu verstehen, wie nahe Materie Galaxien formt und Messungen des ferneren Universums beeinflusst.