En banbrytande upptäckt har kastat nytt ljus över universums storskaliga struktur. I en studie som i januari skickades in för publicering i Astronomy & Astrophysics avslöjar forskare, under ledning av Hans Böhringer vid Max-Planck-Institutet, Quipu – den största kända superstrukturen i universum hittills. Denna kolossala formation, namngiven efter inkafolkets knutna snören för att hålla reda på information, sträcker sig över mer än 1,3 miljarder ljusår och har en uppskattad massa på cirka 2 × 10¹⁷ solmassor (tvåhundramiljoner miljarder). För att sätta det i perspektiv: det är ungefär 100 000 gånger massan av vår egen galax, Vintergatan, som bara är 100 000 ljusår i diameter och har en massa på cirka 1,5 × 10¹² solmassor.
Vad är Quipu och varför är den viktig?
Quipu är en av fem superstrukturer i den närliggande delen av universum, belägna mellan 424 och 815 miljoner ljusår från oss. Dessa strukturer är nätverk av galaxhopar, galaxer och mörk materia, sammanlänkade i kosmiska filament, väggar – stora platta strukturer – och knutar – täta korsningspunkter där gravitationen samlat enorma mängder materia. Quipu utmärker sig som den största, med en längd på över 1,3 miljarder ljusår som överträffar tidigare kända superstrukturer som Shapley-superhopen, som sträcker sig cirka 652 miljoner ljusår, och Sloan Great Wall (SGW), runt 1,07 miljarder ljusår, enligt rapporten (andra källor anger SGW till 1,37 miljarder ljusår). Tillsammans rymmer dessa fem superstrukturer 45 % av alla galaxhopar, 30 % av galaxerna och 25 % av all materia i det undersökta området, trots att de bara upptar 13 % av volymen. Detta visar hur ojämnt materia är fördelad i universum – en insikt som är avgörande för att förstå dess utveckling.
Superstrukturerna påverkar också viktiga kosmologiska mätningar. De driver storskaliga strömningsrörelser som påverkar Hubblekonstanten (universums expansionshastighet), orsakar gravitationslinsning som förvränger bilder av avlägsna objekt och modifierar den kosmiska bakgrundsstrålningen genom den så kallade integrerade Sachs-Wolfe-effekten (ISW), där fotoner från bakgrundsstrålningen får en energiökning när de passerar växande strukturer.
Hur gammal är Quipu och hur bildades den?
Universum är 13,8 miljarder år gammalt, och strukturer som Quipu har formats över miljarder år genom gravitationell kollaps av små densitetsvariationer från Big Bang. Quipu befinner sig vid en rödskiftning mellan 0,03 och 0,06, vilket innebär att ljuset vi ser från den har färdats i ungefär 400–800 miljoner år. Detta placerar den i en relativt ”ung” fas av universums utveckling, där materia har hunnit klumpa ihop sig till dessa jättar, men de är fortfarande under uppbyggnad. Forskarna noterar att Quipu har passerat det linjära tillväxtstadiet och nu formas i en icke-linjär fas, driven av gravitationens komplexa krafter.
Hur upptäcktes Quipu?
Upptäckten bygger på en omfattande kartläggning av galaxhopar med röntgenteleskop, särskilt genom CLASSIX-projektet. Röntgenstrålning avslöjar den heta gas som fyller galaxhopar, vilket ger en tydlig bild av deras massa och position. Studien täckte 86 % av himlen, inklusive delar av den så kallade ”Zone of Avoidance” nära Vintergatans plan, där stoft och stjärnor tidigare skymt sikten. Tidigare kartläggningar, ofta baserade på optiska observationer av galaxer, har inte nått tillräckligt djupt (cirka 815 miljoner ljusår) för att fånga dessa strukturer fullt ut. Genom att kombinera röntgendata med simuleringar kunde forskarna koppla galaxhoparna till den underliggande materiefördelningen och avslöja Quipus enorma omfattning.
Varför har Quipu inte upptäckts tidigare? Dels krävs en bred och djup kartläggning som tidigare saknats, dels har området nära Vintergatan varit svårt att observera på grund av störningar. Röntgentekniken har möjliggjort ett genombrott.
Vad betyder detta för kosmologin?
Quipus existens påverkar vår förståelse av universum på flera sätt. Ett exempel är dess roll i Vintergatans rörelse. Vår galax rör sig med en hastighet på cirka 276 km/s relativt bakgrundsstrålningen, en rörelse som drivs av gravitationen från närliggande masskoncentrationer som Quipu. Studien visar att superstrukturer som Quipu, tillsammans med Shapley-superhopen, bidrar starkt till denna ”egenrörelse”. Tidigare forskning har antytt att gravitationen från materia inom en radie på 652–815 miljoner ljusår runt oss behövs för att förklara denna rörelse fullt ut – ett avstånd som Quipu-upptäckten nu bekräftar innehåller avgörande superstrukturer.
Forskarna undersökte hur Quipu påverkar den kosmiska bakgrundsstrålningen genom den integrerade Sachs-Wolfe-effekten, där ljuset får små temperaturförändringar när det passerar växande superstrukturer. Med Planck-satellitens data fann de ökningar på 3–5 mikrokelvin nära Quipu, en signal som är jämförbar med CMB:s naturliga fluktuationer men ändå detekterbar över stora delar av himlen. Genom att analysera temperaturmönster över stora delar av himlen nära galaxhoparna kunde de ändå urskilja Quipus avtryck från det slumpmässiga bruset. Detta visar att superstrukturen påverkar bakgrundsstrålningen på ett mätbart sätt, vilket kan förfina framtida analyser av universums tidiga historia..
Återstående frågor och framtida forskning
Mycket återstår att utforska. Hur har Quipu formats över tid? Är dess massa och struktur typisk, eller är den en extrem avvikelse? Massuppskattningen har en osäkerhet på 40 %, vilket kräver fler observationer för att preciseras. Forskarna vill inkludera superstrukturer vid högre rödskiftningar för att stärka ISW-signalen och bättre förstå deras utveckling. En djupare studie av galaxfördelningen inom Quipu kan också avslöja mörk materias roll i dess uppbyggnad.
För oss amatörastronomer är Quipu en påminnelse om universums storlek och dynamik. Quipu är för avlägsen för amatörteleskop, men upptäckten visar hur moderna instrument och simuleringar avslöjar kosmos gömda skatter. Det är också en uppmaning att hålla nyfikenheten vid liv. Quipu är mer än en rekordhållare i storlek; den är en nyckel till att förstå universums storskaliga pussel. Genom att studera den lär vi oss mer om materiens fördelning, Vintergatans (och därmed vår egen) plats i kosmos och hur vi kan förbättra våra modeller av universum.
För dig som är intresserad av universums stora frågor – dess struktur, historia och dynamik har GAK många intressanta artiklar om kosmologi. Välkommen att gräva ned dig.
