Die Massenverteilung in und um die Lokale Gruppe

Die verborgene Gestalt unserer kosmischen Nachbarschaft

Wenn wir in den Nachthimmel blicken, ist es leicht zu glauben, dass Galaxien um uns herum zufällig im Raum verstreut sind. Doch unsere eigene kosmische Nachbarschaft, die Region, die von der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie dominiert wird, verbirgt eine überraschende Struktur, die Astronomen seit Jahrzehnten rätseln lässt. Dieser Beitrag untersucht, wie unsichtbare Materie um die Lokale Gruppe herum angeordnet ist, und zeigt, dass unsere Ecke des Universums nicht annähernd kugelförmig ist, wie einst angenommen, sondern sich zu einer ausgedehnten, dünnen kosmischen "Ebene" ausdehnt, umgeben von riesigen, leeren Regionen.

Warum die Bewegungen der Galaxien rätselhaft ruhig wirkten

Astronomen können die Lokale Gruppe nur indirekt wiegen, weil der Großteil ihrer Masse dunkle Materie ist, die kein Licht aussendet. Über mehr als ein halbes Jahrhundert wurde eine Schlüsseltechnik angewandt, die die Milchstraße und Andromeda als zwei Körper behandelt, die im Urknall nahe beieinander gestartet sind und seither durch Gravitation aufeinander zugezogen wurden. Dieser "Timing"-Ansatz legt nahe, dass sie zusammen mehrere Billionen Sonnenmassen enthalten — mehr als in ihren Sternen und Gas sichtbar ist. Eine ganz andere Methode betrachtet, wie nahegelegene Galaxien sich von uns wegbewegen, wenn sich das Universum ausdehnt. Normalerweise würde zusätzliche Masse diesen Ausstrom deutlich stören. Stattdessen zeigen Beobachtungen eine überraschend glatte, "ruhige" Expansion um die Lokale Gruppe, mit nur geringen Abweichungen von der allgemeinen Hubble-Expansion, was auf den ersten Blick im Widerspruch zu den hohen Massenabschätzungen steht.

Digitale Universen bauen, die unserem eigenen entsprechen

Um diese Spannungen zu lösen, erstellten die Autorinnen und Autoren detaillierte Computersimulationen möglicher Universen, die dem Standard-Kosmologiemodell folgen, in dem kalte dunkle Materie und Dunkle Energie die kosmische Struktur formen. Mit einem ausgefeilten statistischen Rahmenwerk namens BORG erzeugten sie viele Anfangsbedingungen, die, wenn sie vorwärts in der Zeit entwickelt werden, eine Lokale Gruppe produzieren, die der realen sehr ähnlich ist. Die simulierten Milchstraße und Andromeda erhalten die richtigen Massen, Positionen und relative Bewegung, und die Bewegungen von 31 sorgfältig ausgewählten nahegelegenen Galaxien stimmen mit ihren gemessenen Fluchtgeschwindigkeiten überein. Diese eingeschränkten Simulationen, verfeinert mit hochaufgelösten Folgeaufnahmen, bilden ein Ensemble von 169 "digitalen Zwillingen" unserer kosmischen Nachbarschaft.

Ein riesiger dunkler Materie-Boden und gigantische leere Blasen

Als die Forschenden die kombinierte Materieverteilung in diesen Simulationen untersuchten, zeichnete sich ein klares Bild ab: Masse in der Nähe der Lokalen Gruppe ist nicht wie eine annähernd runde Kugel angeordnet, sondern wie ein abgeflachtes Blatt, das sich mindestens 10 Millionen Lichtjahre erstreckt. Innerhalb dieser Ebene ist die Dichte der Materie etwa doppelt so hoch wie der kosmische Durchschnitt, und sie wächst tatsächlich, wenn man sich mehrere Millionen Lichtjahre von der Lokalen Gruppe entfernt. Über und unter der Ebene liegen tiefe, unterdichte Regionen — kosmische Voids — in denen die Materiedichte nur etwa ein Viertel bis ein Drittel des Durchschnitts beträgt. Diese Anordnung spiegelt bekannte Strukturen wider, die von sichtbaren Galaxien nachgezeichnet werden, wie die sogenannte Lokale Ebene (Local Sheet) und die nahegelegenen Voids, und zeigt, dass das Leuchten der Galaxien in groben Zügen dorthin folgt, wo sich die verborgene dunkle Materie auf diesen Skalen befindet.

Wie eine flache Massenanordnung den kosmischen Fluss beruhigt

Diese blattartige Geometrie erweist sich als Schlüssel zum Rätsel der ruhigen lokalen Expansion. Bei einer sphärischen Massenverteilung hängt die Anziehung auf eine Galaxie in einem bestimmten Abstand fast ausschließlich davon ab, wie viel Masse innerhalb ihrer Bahn liegt. Zusätzliche Materie in der Nähe würde nur die nach innen gerichtete Anziehung erhöhen und den Hubble-Fluss stärker stören. In einer flachen Ebene hingegen üben Materieteile weiter außen in der Ebene seitliche Kräfte aus, die die nach innen gerichtete Anziehung auf Galaxien näher am Zentrum teilweise aufheben. Die Simulationen zeigen, dass Galaxien über und unter der Ebene stark auf sie zufallen, während jene innerhalb der Ebene nur sanft in Richtung der Lokalen Gruppe driften — innerhalb von etwa 2,5 Megaparsec — und bei größeren Entfernungen tatsächlich nach außen gedrückt werden. Insgesamt bleiben die zufälligen Bewegungen sehr klein, sogar kleiner als von Beobachtungen angedeutet, während die Gesamtmasse von Milchstraße und Andromeda hoch bleibt und mit den Timing-Abschätzungen konsistent ist.

Was das für unseren Platz im Universum bedeutet

Diese Arbeit zeigt, dass es nicht nötig ist, das Standardbild eines Universums voller kalter dunkler Materie und Dunkler Energie aufzugeben, um den ruhigen Hubble-Fluss um uns herum zu erklären. Der scheinbare Konflikt zwischen massiven Galaxienhalos und sanfter lokaler Expansion verschwindet, sobald wir anerkennen, dass die Masse um die Lokale Gruppe wie eine dünne, ausgedehnte Ebene geformt ist, flankiert von großen Voids, anstatt kugelförmig verteilt zu sein. Die Autorinnen und Autoren sagen voraus, dass die Bewegungen stark richtungsabhängig sein sollten, mit besonders schnellem Einfall aus den unterdichten Regionen über und unter der Ebene — ein Effekt, der kaum getestet wurde, weil nur wenige bekannte Galaxien diese hohen Breitengrade in unserer Nähe nachzeichnen. Die Entdeckung weiterer kleiner, isolierter Galaxien in diesen Richtungen wird einen entscheidenden Test für diese neu aufgedeckte Architektur unseres kosmischen Zuhauses liefern.

Zitation: Wempe, E., White, S.D.M., Helmi, A. et al. The mass distribution in and around the Local Group. Nat Astron 10, 548–553 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02770-w

Schlüsselwörter: Lokale Gruppe, dunkle Materie, kosmisches Netz, Hubble-Fluss, Galaxiendynamik