Gibt es ein Muster in der Anordnung der Galaxien, fraktal oder zufällig?

Wo verändern sich Galaxien und gibt es ein Muster in ihrer Anordnung?

Hat das Universum ein festes Muster?

Astronomen haben eine Antwort auf eine uralte Frage

Galaxienhaufen im kosmischen Netz

(Fotoquelle: K. Dolag, Universitäts-Sternwarte München, Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland)

Seit Jahrzehnten fragen sich Kosmologen, ob die großräumige Struktur des Universums fraktal ist, das heißt, ob sie in allen Größen gleich aussieht. Nach der Untersuchung einer großen Zahl von Galaxien kamen die Wissenschaftler schließlich zu dem Schluss, dass dies nicht der Fall ist, bei einigen von ihnen jedoch schon.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde den Astronauten die Weite des Universums bewusst, nachdem Edwin Hubble entdeckt hatte, dass die Entfernung von M31 die Größe der Milchstraße bei weitem übertraf. Darüber hinaus entdeckten sie auch, dass wir winzige Punkte von Sternen sehen können, die in der Nähe und in der Ferne erscheinen. Daher stellt sich die Frage: Gibt es ein regelmäßiges Muster in der Anordnung dieser Galaxien? Oder ist es völlig zufällig?

Auf den ersten Blick scheint es, als sei die Anordnung zufällig. Astronomen beobachten riesige Galaxienhaufen, die jeweils Tausende von Galaxien enthalten. Es gibt auch viele kleine Galaxien, die unabhängig existieren. Zusammengenommen lassen diese Beobachtungen den Eindruck entstehen, als ob es bei der Anordnung kein sogenanntes Muster gäbe.

Astronomen stimmen zu. Sie haben schon vor langer Zeit das kosmologische Prinzip vorgeschlagen, das besagt, dass das Universum größtenteils homogen (was ungefähr von einem Ort zum anderen bedeutet) und isomorph (was ungefähr bedeutet, dass es aus allen Richtungen gleich ist, egal wie man es betrachtet) ist. Und eine große Zahl von Galaxien und Galaxienhaufen entsprechen diesem Prinzip.

Doch in den späten 1870er Jahren begann man, die Erforschung von Galaxien anspruchsvoller und spezialisierter zu gestalten, und die Wissenschaftler begannen, die Ursprünge der Muster aufzudecken, die zu ihrer Entstehung führten. Abgesehen von Galaxienhaufen haben die Galaxien selbst die Form langer, dünner Fäden. Zusätzlich zu den gewaltigen Barrieren gibt es auch das gewaltige und grenzenlose Universum. Astronomen nennen es das kosmische Netz. Dieses Muster widerspricht kosmologischen Prinzipien, da diese große Region nicht wie andere große Regionen im Universum aussieht.

Ein Universum im Universum

Der Vater der Fraktale, der Mathematiker Benoit Mandelbrot, stellte eine Hypothese auf. Er glaubt, dass es schwierig ist, Fraktale zu definieren, aber es ist eine offensichtliche Sache, und unsere Intuition sagt uns, dass sie sich ständig wiederholen, egal wie wir sie erforschen. Mathematiker untersuchen selbstähnliche Muster seit vielen Jahren. Mandelbrot hat keine Definition von Fraktal vorgeschlagen, aber er hat das Wort „Fraktal“ geprägt und das Studium moderner Fraktale gefördert.

Man kann sagen, dass Fraktale überall sind. Beispiel: Wenn Sie einen Punkt auf einer Schneeflocke unendlich vergrößern, sehen Sie die Schneeflocke aus einer mikroskopischen Perspektive. Wenn Sie einen Ast unendlich vergrößern, sehen Sie den Ast aus einer mikroskopischen Perspektive. Wenn Sie die Küstenlinie vergrößern, sehen Sie eine Miniaturküste. Fraktale kommen in der Natur überall vor und die Mathematik der Fraktale ermöglicht es uns, die verschiedenen selbstähnlichen Strukturen im Universum zu verstehen.

Wenn dies der Fall ist, dann stellte Mandelbrot die Hypothese auf, dass möglicherweise das gesamte Universum ein Fraktal ist und dass das Muster der Galaxienanordnung, das wir sehen, möglicherweise die ursprüngliche Form des Fraktals ist. Oder vielleicht werden wir, solange wir weiter forschen und erforschen, verschachtelte Strukturen entdecken – es gibt kosmische Netze im kosmischen Netz, und sie füllen das gesamte Universum.

Homogenisierung und Pasteurisierung

Während die Astronomen ihre Forschungen zum kosmischen Netz immer weiter vertiefen, beginnt man allmählich, den Urknall zu verstehen und zu erklären, warum es im Universum großräumige Strömungsmuster gibt. Diese Theorien bestätigen die Homogenität des Universums und sind umfassender als frühere Studien der Astronomen.

Der endgültige Test des fragmentierten Universums muss bis zu diesem Jahrhundert warten. Dann werden wirklich groß angelegte Himmelsdurchmusterungen wie die Sloan Digital Sky Survey in der Lage sein, die Positionen von Millionen von Galaxien zu kartieren und die grobe Form des kosmischen Netzes zu zeichnen, was mit der bisherigen Technologie nicht möglich war.

Wenn das fraktale Universum wirklich existiert, dann sollte das Universum, das wir sehen, in einem anderen, größeren Universum existieren. Wenn es nicht existiert, dann sollte das kosmische Netz irgendwann in der Zukunft nicht mehr kosmisches Netz heißen, sondern eines, das zufällig angeordnet und anders als die anderen ist.

Das Universum ist nicht fraktal, aber ein Teil des kosmischen Netzes ist immer noch fraktal, was ein interessantes Phänomen ist. Beispielsweise enthält ein als „Halo“ bezeichneter Klumpen aus dunkler Materie Subhalos und Sub-Subhalos, die Galaxien und ihre Haufen beherbergen und so ineinander verschachtelte Strukturen und Unterstrukturen bilden.

Im Gegenteil, unser Universum ist nicht völlig leer. Darin befinden sich einige schwache Zwerggalaxien, die in einem schwachen kosmischen Netz angeordnet sind. Bei einer Computersimulation weisen die Unterlücken dieser Struktur ihr eigenes, einzigartiges kosmisches Netz auf.

VON: Paul Sutter

FY: Xiaofa

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