In de koude wildernis van de ruimte kruipen sterrenstelsels samen rond de kampvuren van sterren en de geruststellende aantrekkingskracht van superzware zwarte gaten. Tussen deze gezellige clusters van sterrenstelsels, waar lege ruimte zich rondom miljoenen lichtjaren uitstrekt, overbrugt een zwakke gasweg de duisternis.
Dit gasachtige, intergalactische netwerk staat in kosmologische modellen bekend als het kosmische web. Gemaakt van lange filamenten van waterstof overgebleven van de oerknal, wordt aangenomen dat het web het meeste (meer dan 60%) van het gas in het universum bevat en direct alle sterproducerende gebieden in de ruimte voedt. Op de kruispunten waar filamenten elkaar overlappen, verschijnen sterrenstelsels. Dat is tenminste de theorie.
De filamenten van het galactische web zijn nog nooit eerder rechtstreeks waargenomen, omdat ze tot de zwakste structuren in het universum behoren en gemakkelijk worden overschaduwd door de gloed van de sterrenstelsels om hen heen. Maar nu, in een studie die vandaag (3 oktober) in het tijdschrift Science is gepubliceerd, hebben onderzoekers de allereerste foto van kosmische filamenten samengevoegd die samenkomen op een verre melkwegcluster, dankzij enkele van de meest gevoelige telescopen op aarde.
De afbeelding (hieronder) toont blauwe filamenten van waterstof die kriskras door een cluster van oude witte sterrenstelsels lopen, ongeveer 12 miljard lichtjaar verwijderd van de aarde (wat betekent dat de sterrenstelsels zijn geboren in ongeveer de eerste miljard en een half jaar na de oerknal). Zacht verlicht door de ultraviolette gloed van de sterrenstelsels zelf, strekken de filamenten zich uit over meer dan 3 miljoen lichtjaar, wat hun status als een van de meest gigantische structuren in de ruimte bevestigt.
"Deze observaties van de zwakste, grootste structuren in het universum zijn een sleutel om te begrijpen hoe ons universum door de tijd is geëvolueerd", schreef Erika Hamden, een astronoom aan het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona, in een begeleidend commentaar op de nieuwe studie. (Hamden was niet betrokken bij het onderzoek.) Deze waarnemingen, voegde Hamden eraan toe, zijn "slechts het topje van de ijsberg" van kosmische webdetectie, waarbij onderzoek verdere beelden van het web in andere oude hoeken van de ruimte onthult.
Verbinding maken met internet
Zoals de nieuwe studie opmerkt, zijn de slierten waterstof waaruit de filamenten van het kosmische web bestaan zo zwak dat ze nauwelijks te onderscheiden zijn van de lege lucht. Dus, hoe slaagden de onderzoekers erin deze kenmerken uit de duisternis te halen? Door de sterrenstelsels in het web te gebruiken 'als kosmische zaklampen', schreef Hamden.
Met behulp van een instrument genaamd de Multi Unit Spectroscopic Explorer op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory, zoomden de onderzoekers in op een oude groep sterrenstelsels in het sterrenbeeld Waterman, die bekend staat als zowel extreem uitgestrekt als extreem oud. Licht van pasgeboren sterren en zwarte gaten die materie versnipperen, verlichtten vaag de slierten waterstof die in en tussen deze sterrenstelsels wervelden, waardoor de onderzoekers een vage omtrek van de filamenten van het kosmische web daar in kaart konden brengen.
De waarnemingen onthulden twee parallelle snelwegen van waterstof die de galactische stippen over miljoenen lichtjaren verbinden, overbrugd door een derde gasstroom die ze diagonaal met elkaar verbindt als een kosmische off-ramp. Trouw aan kosmologische modellen leken de filamenten van gas de meest actieve stervormende sterrenstelsels op het elektriciteitsnet rechtstreeks te voeden en waterstof rechtstreeks de huizen van pasgeboren zonnen en hongerige zwarte gaten in te pompen.
Deze studie levert het meest overtuigende bewijs tot nu toe dat het kosmische web bestaat, zoals modellen voorspellen, schreef Hamden. De studie van zo zwakke en verre constructies heeft echter duidelijke beperkingen. Ten eerste is het bijna onmogelijk om te zeggen waar de randen van elk waterstoffilament eindigen en de lege ruimte begint, waardoor verschillende onderzoekers de grenzen van filamenten anders kunnen definiëren, wat mogelijk resulteert in verschillende afbeeldingen van de structuren. Bovendien kunnen telescopen op de grond alleen filamenten detecteren van de verste, oude melkwegclusters, die voldoende licht uitstralen om te onthullen hoe het kosmische web kort na de oerknal verscheen.
Een op de ruimte gebaseerde UV-telescoop zou de deur kunnen openen om te bestuderen hoe het web verbinding maakt met jongere, zwakkere sterrenstelsels, maar het gebruik van zo'n instrument zou moeilijk en duur zijn, schreef Hamden. Uiteindelijk brengt deze nieuwe studie de sterrenkijkers van de aarde niet dichter bij de oude en mysterieuze werelden in het hele universum - maar het herinnert ons eraan dat we er misschien meer mee verbonden zijn dan we dachten.
