Sternengeschichten Folge 63: Lokale Blase, Superhaufen und Filamente – die Struktur des Universums

Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 63: Lokale Blase, Superhaufen und Filamente – die Struktur des Universums

Die eigene Adresse kann vermutlich jeder angeben. Das Land, die Stadt, die Straße, die Hausnummer – und damit ist dann halbwegs eindeutig definiert, wo man wohnt. Aber wie ist es, wenn man die Adresse nicht nur auf der Erde angeben will, sondern für das ganze Universum? Dann muss man ein bisschen weiter ausholen…

Die Erde ist Teil des Sonnensystems. Unser Sonnensystem beinhaltet all die Himmelskörper, die gravitativ an die Sonne gebunden sind. Obwohl die Realität leider nicht ganz so eindeutig ist. Bei den acht bekannten Planeten ist die Lage ziemlich klar. Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun umkreisen die Sonne seit 4,5 Milliarden Jahren und werden das auch noch die nächsten paar Milliarden Jahre so tun. Gleiches gilt für die ganzen Monde der Planeten und die diversen Asteroiden und Kometen. Bei denen wird es aber schon knifflig. Ein Komet kann sich auf seiner Bahn der Sonne extrem annähern und von ihr nochmal einen ordentlichen Gravitationsschubs bekommen. Er kann sich nun so schnell bewegen, dass er NICHT mehr gravitativ an die Sonne gebunden ist. Ist er von diesem Moment an kein Teil mehr des Sonnensystems, obwohl er zum Beispiel noch ein paar Jahrzehnte braucht, bis er die Bahn des Neptun erreicht und ein paar Jahrhunderttausende, bis er die ganzen restlichen Kometen in der fernen Oortschen Wolke hinter sich lässt? Man kann keine klare Grenze definieren, hinter der Objekte nicht mehr zum Sonnensystem gehören – deswegen gibt es auch viele Wissenschaftler, die das Sonnensystem nicht anhand des gravitativen Einfluss der Sonne definieren sondern nach dem Einfluss ihrer Strahlung und ihres Magnetfeldes. Die Sonne schleudert ständig geladene Teilchen ins All – das ist der sogenannte Sonnenwind. Je weiter man sich von der Sonne entfernt, desto schwächer wird der Sonnenwind, bis er irgendwann nicht mehr von den ganz normalen Teilchen zu unterscheiden ist, die sich sowieso dauernd zwischen den Sternen befinden.

Die Grenze wo das passiert wird „Heliopause“ genannt und auch sie ist nicht konstant sondern hängt davon ab, ob die Sonne gerade viel oder wenig Sonnenwind ins All schleudert. Das macht sie übrigens auch noch asymmetrisch, die Heliopause ist also unterschiedlich weit von der Sonne entfernt, je nachdem in welche Richtung man sich bewegt. Aber sie liegt irgendwo bei ungefähr 130 Astronomischen Einheiten, ist also 130 Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Das ist schon ziemlich weit und wir können stolz darauf sein, dass die 1977 ins All gestarteten Raumsonden Voyager 1 und 2 es mittlerweile bis zur Heliopause geschafft haben. Aber die fernsten Kometen die noch zum Sonnensystem gehören sind ungefähr 100.000 Astronomische Einheiten entfernt.

Irgendwann ist das Sonnensystem aber definitiv zu Ende. Wir befinden uns jetzt im interstellaren Raum. Die Sonne und die Sterne in der näheren Nachbarschaft befinden sich alle in der sogenannten „Lokalen Blase“. So bezeichnet man eine ungefähr 300 Lichtjahre durchmessende Region, in der vergleichsweise wenig interstellarer Staub zu finden ist. Im wesentlichen ist das Weltall natürlich überall leer. Aber auch im Raum zwischen den Sternen findet man immer wieder diverse Gasmoleküle und Atome die im Laufe der Zeit von den Sternen dorthin geschleudert worden sind. Denn nicht nur die Sonne erzeugt einen Sonnenwind, die restlichen Sterne produzieren alle ihren eigenen STERNwind. In der Umgebung der Sonne gibt es aber deutlich weniger Atome als anderswo. Das liegt mit großer Wahrscheinlichkeit an einer oder mehreren Supernovaexplosionen, die vor einigen Millionen Jahren stattgefunden haben. Diese großen Explosionen haben die interstellare Materie regelrecht weggefegt und so die Lokale Blase geformt. Solche Blasen findet man überall – direkt an die lokale Blase grenzt zum Beispiel die 400 Lichtjahre große Loop-I-Superblase.

Wenn man ganz genau sein wollte, müsste man auch noch die Lokale Flocke erwähnen, dass ist eine Region höherer Dichte, die sich in der Lokalen Blase befindet. Diese ungefähr 30 Lichtjahre große interstellare Wolke enthält ungefähr 0,3 Atome pro Kubikzentimer, was immer noch DEUTLICH weniger als alles ist, was wir in unseren Labors auf der Erde erzeugen kann. Hier spricht man schon von einem „Ultrahochvakuum“, wenn man die Teilchendichte auf eine Milliarde Atome pro Kubikzentimer reduzieren kann. Die Sonne befindet sich gerade in der Lokalen Flocke – vor knapp 100.000 Jahren hat sie angefangen sie zu durchqueren und wird noch ein paar 10.000 Jahre brauchen, bis sie wieder draußen ist. Auf die Erde hat das allerdings keine Auswirkungen. Abgesehen davon dass die Wolke sowieso ein fast perfektes Vakuum ist, schützt uns auch das Magnetfeld der Sonne vor den Teilchen, die uns gar nicht erreichen können.

Sonnensystem, Lokale Flocke und Lokale Blase sind alle Teil der noch viel größeren Milchstraße. So nennen wir unsere Heimatgalaxie, die aus ungefähr 200 Milliarden Sternen besteht. Dazu kommen nochmal knapp 600 Milliarden Sonnenmassen in Form von diverser interstellarer Materie und noch viel dunkle Materie. Die Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie mit zwei Spiralarmen. Das ist zumindest der aktuelle Stand der Wissenschaft denn es ist verdammt schwer, aus dem Inneren der Milchstraße heraus zu beobachten, wie viele Spiralarme sie hat. Die ganze Milchstraße misst von einem Ende zum anderen ungefähr 100.000 Lichtjahre, ist aber gleichzeitig sehr dünn. Ihre Dicke beträgt nur knapp 3000 Lichtjahre – nur im Zentrum ist sie dicker, da befindet sich eine kugelförmige Ansammlung von Sternen mit einem Durchmesser von 16.000 Lichtjahren, der sogenannte Bulge. Das Sonnensystem ist knapp 26.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt und befindet sich im sogenannten Orion-Spiralarm.

Die Milchstraße wird von jeder Menge Kugelsternhaufen und Zwerggalaxien wie den beiden Magellanschen Wolken umgeben. Momentan kennt man knapp 30 solcher Zwergalaxen, die zusammen mit der Milchstraße die sogenannte „Milchstraßen-Untergruppe“ bilden.

Bis zur nächsten echten großen Nachbargalaxie, der Andromendagalaxie sind es knapp 2,5 Millionen Lichtjahre. Die Andromedagalaxie ist ebenfalls eine Spiralgalaxie, die aber ein bisschen größer als die Milchstraße ist. Die Milchstraßen-Untergruppe bildet zusammen mit der Andromedagalaxie, der Galaxie NGC 3109 und deren jeweiligen Untergruppen von Zwerggalaxien und 8 anderen kleinen Einzelgalaxien die sogenannte „Lokale Gruppe“. Genau so wie Sterne sich zu Galaxien zusammenfinden, bilden Galaxien einen Galaxienhaufen. Die Galaxien eines Haufens sind normalerweise auch genauso wie die Sterne einer Galaxie gratitativ aneinander gebunden. Die Lokale Gruppe durchmisst ungefähr 7 Millionen Lichtjahre, ist aber selbst wieder Teil einer größeren Struktur.

Und das ist der Lokale Superhaufen der auch Virgo-Superhaufen genannt wird. Er beinhaltet bis zu 200 Galaxienhaufen und ist ein ziemlich gewaltiges Gebilde, dass ungefähr150 bis 200 Millionen Lichtjahre durchmisst. In seinem Zentrum befindet sich der Virgo-Galaxienhaufen der aus knapp 2000 Galaxien besteht. Wir sind aber immer noch nicht am Ende angelangt. Denn auch der Lokale Superhaufen ist noch Teil von etwas größerem.

Die allergrößten Strukturen im Universum sind die sogenannten Filamente. Die diversen Superhaufen sind nicht einfach irgendwie im Weltall verteilt, sondern sind in riesigen, fadenartigen Gebilden angeordnet. Unser Lokaler Superhaufen bildet diversen anderen Superhaufen so ein Filament. Zwischen den durch Superhaufen gebildeten Filamenten erstrecken sich unvorstellbar große Leerräume, in denen sich keine Galaxien und auch sonst nichts befindet. Das sind die Voids, die durchaus ein paar Milliarden Lichtjahre durchmessen können.

Warum genau sich die Materie im Universum in Form von Filamenten und Voids angeordnet hat, ist noch nicht völlig klar. Es hat wohl mit dem gravitativen Einfluss der dunklen Materie im frühen Universum zu tun, der die normale Materie zu diesen Strukturen geformt hat.

Wer also seine Adresse kosmisch korrekt angeben will, muss nicht nur Hausnummer, Straße, Stadt und Land angeben, sondern auch noch das Sonnensystem, die Lokale Blase, die Milchstraße, die Lokale Gruppe, den Virgo-Superhaufen und das Lokale Filament angeben. Dann kommt die Post aber auch auf jeden Fall an, egal wo im Universum der Brief abgeschickt wird. Es kann nur ein wenig dauern…