Door de beweging van sterrenstelsels in kaart te brengen in enorme filamenten die het kosmische web verbinden, astronomen van het Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP), in samenwerking met wetenschappers in China en Estland, hebben ontdekt dat deze lange ranken van sterrenstelsels draaien op de schaal van honderden miljoenen lichtjaren. Een rotatie op zo'n enorme schaal is nog nooit eerder gezien. De resultaten gepubliceerd in Natuurastronomie betekenen dat impulsmoment kan worden gegenereerd op ongekende schalen.

Kosmische filamenten zijn enorme bruggen van sterrenstelsels en donkere materie die clusters van sterrenstelsels met elkaar verbinden. Ze leiden sterrenstelsels naar en in grote clusters die aan hun uiteinden zitten. "Door de beweging van sterrenstelsels in deze enorme kosmische supersnelwegen in kaart te brengen met behulp van het Sloan Digital Sky-onderzoek - een onderzoek van honderdduizenden sterrenstelsels - hebben we een opmerkelijke eigenschap van deze filamenten gevonden:ze draaien, " zegt Peng Wang, eerste auteur van de nu gepubliceerde studie en astronoom bij het AIP.

Noam Libeskind, initiatiefnemer van het project bij het AIP, zegt, "Ondanks dat het dunne cilinders zijn - qua afmetingen vergelijkbaar met potloden - honderden miljoenen lichtjaren lang, maar slechts een paar miljoen lichtjaar in diameter, deze fantastische ranken van materie draaien. Op deze schalen de sterrenstelsels erin zijn zelf slechts stofdeeltjes. Ze bewegen op helixen, of kurkentrekkerachtige banen, cirkelen rond het midden van de gloeidraad terwijl ze erlangs reizen. Zo'n draai is nog nooit eerder gezien op zo'n enorme schaal, en de implicatie is dat er een nog onbekend fysiek mechanisme moet zijn dat verantwoordelijk is voor het verdraaien van deze objecten."

Hoe het impulsmoment dat verantwoordelijk is voor de rotatie wordt gegenereerd in een kosmologische context is een van de belangrijkste onopgeloste problemen van de kosmologie. In het standaardmodel van structuurvorming, kleine overdichtheden die aanwezig zijn in het vroege heelal groeien via zwaartekrachtinstabiliteit als materie van onder naar overdichte gebieden stroomt. Een dergelijke potentiaalstroom is rotatievrij of krulvrij; er is geen oerrotatie in het vroege heelal. Als zodanig, elke rotatie moet worden gegenereerd als structuren worden gevormd. Het kosmische web in het algemeen, en filamenten in het bijzonder, zijn nauw verbonden met de vorming en evolutie van sterrenstelsels. Ze hebben ook een sterk effect op de spin van sterrenstelsels, vaak de richting bepalen van hoe sterrenstelsels en hun halo's van donkere materie roteren. Echter, het is niet bekend of het huidige begrip van structuurvorming voorspelt dat filamenten zelf, niet-ingeklapte quasi-lineaire objecten zijn, zou moeten draaien.

"Gemotiveerd door de suggestie van de theoreticus Dr. Mark Neyrinck dat filamenten kunnen draaien, we onderzochten de geobserveerde distributie van sterrenstelsels, op zoek naar filamentrotatie, "zegt Noam Libeskind. "Het is fantastisch om deze bevestiging te zien dat intergalactische filamenten in het echte universum roteren, evenals in computersimulatie."

Door gebruik te maken van een geavanceerde kaartmethode, de waargenomen verdeling van sterrenstelsels was gesegmenteerd in filamenten. Elk filament werd benaderd door een cilinder. Melkwegstelsels erin werden verdeeld in twee gebieden aan weerszijden van de filamentrug (in projectie) en het gemiddelde roodverschuivingsverschil tussen de twee gebieden werd nauwkeurig gemeten. Het gemiddelde roodverschuivingsverschil is een proxy voor het snelheidsverschil (de Doppler-verschuiving) tussen sterrenstelsels aan de terugtrekkende en naderende zijde van de filamentbuis. Het kan dus de rotatie van het filament meten. De studie impliceert dat, afhankelijk van de kijkhoek en de massa van het eindpunt, filamenten in het heelal vertonen een duidelijk signaal dat consistent is met rotatie.