lichtjahre Archive - Tim Ruster

Mosaik der Vergangenheit: die Gegenwart existiert nicht

von 22. November 202222. November 2022 By Jana Ruster

Darstellung eines Astronauten in Raum und Zeit

Die Gegenwart existiert nicht. Ihr seid in einer Zeitfalle gefangen. Das ganze hat etwas mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun. Ähm, wie bitte?

Wir beginnen direkt mal mit einer Zeitreise! Schaut euch mal das unten stehende Bild der Galaxie IC 4653 an. Diese Sterneninsel befindet sich in rund 80 Millionen Lichtjahren Entfernung zu uns. Wenn Ihr diese Galaxie seht, dann bedeutet das, dass das Licht von dort 80 Millionen Jahre auf dem Weg war. Anders gesagt: Ihr seht diese Galaxie so, wie sie vor 80 Millionen Jahren aussah.

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Dieses Bild zeigt uns die Galaxie IC 4653 so, wie sie war, als auf der Erde noch Dinosaurier lebten. Das bedeutet andersrum: Wenn Alien-Astronomen aus dieser Galaxie die Erde beobachten, dann würden sie… richtig, Dinosaurier sehen. Nichtsahnend, dass dieser Planet mittlerweile nicht mehr von riesigen Echsen, sondern von wenig behaarten Affen beherrscht wird.

Foto von der Galaxie IC 4653 — Lange Reise des Lichts: Von der Galaxie IC 4653 ist das Licht extrem lang bis zu uns unterwegs

Jeder Blick in den Weltraum ist ein Blick in der Zeit zurück. Selbst einige der Sterne an unserem Nachthimmel sind vielleicht schon längst nicht mehr da, sondern bereits vor einiger Zeit gestorben in einer Supernova oder als Weißer Zwerg. Wir sehen den Stern aber noch quicklebendig, da das Licht seines Todes noch nicht bei uns angekommen ist.

Teleskope als Zeitmaschine

Und das bedeutet dass Weltraumteleskope wie Hubble und James Webb im Prinzip nichts anderes sind als extrem leistungsfähige Zeitmaschine. Mit James Webb können wir in ungeahnten Details Galaxien von vor 13 Milliarden Jahren sehen. Und dadurch, dass das Licht dieser weit entfernten Galaxien jetzt erst auf das James Webb Teleskop trifft, ist das Aussehen von vor 13 Milliarden Jahren konserviert als Moment in der Zeit. Das ist ja schon alles unglaublich genug, aber jetzt wird es noch unfassbarer: Diese Zeitreisen spielen sich nicht nur beim Blick in den Weltraum ab, sondern auch jetzt in eurem Leben. Ihr seid Gefangene der Zeit.

Die Gegenwart existiert nicht. Alles, was Ihr in eurem Leben wahrnehmt, all die tollen Orte, die Ihr gesehen habt, jeden Kuss, denn Ihr hattet, all das habt Ihr nie live erlebt, auch nicht in dem Moment, in dem es vermeintlich geschehen ist. Und das liegt in der Natur der Lichtgeschwindigkeit. Stellt euch mal in einen Raum zwei Meter vor irgendein anderes Objekt, sagen wir mal, zwei Meter vor einen Schokokeks. Bei einer Distanz von zwei Metern benötigt das Licht von diesem Schokokeks bis zu euch sechs Nanosekunden. Ihr seht den Keks also nicht so, wie er gerade ist, sondern wie er vor sechs Nanosekunden aussah. Man kann diese Zeitspanne natürlich verringern, indem man den Keks nimmt und isst.

Frau beißt in Schokokeks — Schokokekse: Nie real, immer vergangen

Nichts ist real

Und genau so verhält es sich auch mit allem anderen, das euch umgibt. Ihr habt mit eurem Partner beispielsweise noch nie einen Moment gleichzeitig in der Gegenwart geteilt. Wenn Ihr eurer Freundin in die Augen schaut, ist das nichts anderes, als wenn Ihr die Sterne am Nachthimmel anschaut und sie so seht, wie sie vor Jahrtausenden aussahen, nur dass es beim Gesicht eurer Freundin keine Jahrtausende sondern Nanosekunden sind. Aber das ändert nichts am Prinzip: Alles, was Ihr wahrnehmt, ist schon nicht mehr real, ist schon von den Fluten der Zeit aufgefressen worden. Alles, was Ihr wahrnehmt, ist nur ein bereits gestorbener Teil der Zeit. Nichts von dem, was Ihr jemals in eurem Leben wahrnehmen werdet, ist wirklich in diesem Moment noch real.

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Wir wissen jetzt, dass wir nichts so sehen, wie es im Jetzt wirklich ist. Aber Dinge sind unterschiedlich weit von uns weg, das bedeutet, das Licht braucht unterschiedlich lange zu uns. Stellt euch vor, Ihr steht draußen auf einer Wiese. Ihr seid umgeben von Erde, Bäumen, Gras, Wolken und dahinter natürlich den Sternen. Das Licht von all diesen Dingen braucht unterschiedlich lange, um in euer Auge zu gelangen. Ihr seht die Bäume vielleicht so, wie sie vor zehn Nanosekunden aussahen, die Wolken wie sie vor einigen hundert Nanosekunden aussahen und die Sterne so wie sie vor Jahrhunderten und Jahrtausenden wirkten.

Mehrere Vergangenheiten

Und dennoch ist in eurer Wahrnehmung all das gleichzeitig real. Das bedeutet, dass unsere komplette Wahrnehmung der Welt nicht nur in der Vergangenheit stattfindet, sondern, dass sie ein Mosaik aus mehreren Vergangenheiten ist. Was Ihr als das “Jetzt” empfindet, ist in Wirklichkeit eine Schicht nach der anderen von Licht, das Eure Augen aus vielen verschiedenen Momenten der Vergangenheit erreicht. Euer “Jetzt” ist ein sich überlappendes Mosaik von mehreren Vergangenheiten.

Auge und Licht — Das Licht erreicht das Auge immer erst nach einer kleinen Dauer

Was du dir als die wirkliche Welt vorstellst, die gleichzeitig mit dir existiert, ist in Wirklichkeit ein Flickenteppich von Momenten aus verschiedenen Momenten der Zeit. Sozusagen eine Zeitmatrix aus verschiedenen Momenten, die im nächsten Moment schon wieder für immer verschwunden sind. Du lebst nie in der Welt, wie sie ist. Du erlebst sie nur so, wie sie war, ein Flickenteppich aus vergangenen Zeiten.

Gibt es eine Realität?

Und wir stehen in der Mitte all dieser bereits vergangenen Momente, nehmen sie war und bilden daraus die Illusion unseres Lebens. Ich denke jetzt seit gestern darüber nach und je mehr ich das tue, desto unglaublicher kommt mir das vor. Man könnte darauf aufbauend die Frage stellen, ob es überhaupt wirklich eine Realität gibt. Denn, wenn alles, was wir erleben, bereits vorbei und tot ist, was ist denn dann die wirklich existente Gegenwart, also die Realität?

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HD1: Die mysteriöseste Galaxie aller Zeiten

von 10. Juli 202210. Juli 2022 By Jana Ruster

Die Galaxie HD1 macht Forscher sprachlos. Denn sie dürfte eigentlich gar nicht existieren. Müssen wir vielleicht die komplette Geschichte des Kosmos inklusive Urknall über den Haufen werfen?

Wir alle sind Zeitreisende. Jeder Blick in den Kosmos ist ein Blick zurück in der Zeit. Wir sehen andere Himmelskörper so, wie sie aussahen, als das Licht sich auf den Weg gemacht hat. Den Jupiter seht Ihr im Durchschnitt so, wie er vor 43 Minuten aussah. Die Sonne, wie sie vor rund acht Minuten aussah. So lange braucht das Licht zu uns.

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Dieser Blick in der Zeit zurück wird bei anderen Galaxien noch beeindruckender. Selbst unsere Nachbargalaxie, Andromeda, also die Galaxie, die am nächsten an unserer Milchstraße dran ist, ist stolze 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Falls Ihr Astrofotografie betreibt, habt Ihr die Andromeda-Galaxie sicherlich schon mal vor die Linse bekommen. Ich finde den Gedanken faszinierend, dass wir auf solchen Fotos eine Galaxie sehen, wie sie vor Millionen von Jahren aussah. Das entspricht gar nicht unserer normalen Wahrnehmung, denn im Alltag sehen wir die Dinge natürlich meistens live.

Wie ein Luftballon: Die Expansion des Universums

Diese unfassbare Tatsache, dass wir in der Zeit zurückblicken können, können wir uns zunutze machen, um sogar bis in die Anfangszeit des Kosmos zurückzuschauen. Richtig gehört: Wir können mit modernen Teleskopen das Licht einfangen, das vor Milliarden von Jahren ausgesandt wurde und so die ersten Galaxien des Kosmos beobachten. Eine Zeitreise von epischem Ausmaß, die keine Science Fiction ist, sondern mit den aktuellen technischen Mitteln problemlos möglich ist.

Die am weitesten entfernte Galaxie: HD1

Und nun haben Astronomen etwas ganz Besonders entdeckt: Die älteste und am weitesten entfernte jemals gefundene Galaxie überhaupt. Unten seht Ihr ein Originalfoto dieser uralten Galaxie namens HD1. Aufgenommen wurde es mit Hilfe des Spitzer-Weltraumteleskops, dem Subaru-Teleskop auf Hawaii und der ALMA-Teleskopanlage in Chile. Unfassbar, dass wir von dieser ältesten Galaxie, einer Zeitzeugin der Epoche kurz nach dem Urknall, eine echte Aufnahme haben.

HD1 ist wohl 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden, das Licht reiste also 13,5 Milliarden Jahre von ihr zu uns auf dieses Foto. Das ist aber nicht ihre tatsächliche Distanz von uns aus gesehen, da der Kosmos selbst schneller als Lichtgeschwindigkeit expandiert. Dadurch ergibt sich eine tatsächliche Entfernung von über 33 Milliarden Lichtjahren, obwohl das Universum erst 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Wie gesagt: Das ist kein Widerspruch zur Relativitätstheorie, denn der Kosmos selbst hält sich nicht an die Regel, das in ihm Lichtgeschwindigkeit das schnellste ist.

HD1: zu hohe UV-Strahlung

Das Alter von HD1 ist auch der Grund für ihre starke Rotverschiebung. Je weiter sich eine Galaxie von uns entfernt, desto mehr wird das Licht, das von ihr ausgeht, gestreckt und in den roten Bereich des Lichtspektrums verschoben. Das nennt man eben Rotverschiebung und da der Weltraum expandiert, kann man anhand der Rotverschiebung einer Galaxie herausfinden, wie weit sie von uns weg ist, also wie weit sie bereits gemeinsam mit dem Kosmos wegexpandiert ist. Doch wenn man diese Rotverschiebung durch die Expansionsbewegung ausrechnet, dann kommt man zu dem Ergebnis, dass HD1 unglaublich hell im UV-Bereich strahlt – und das hat die Astronomen sprachlos gemacht, denn von den frühen Galaxien des Kosmos ist man eine solch hohe UV-Strahlung absolut nicht gewohnt. HD1 ist also ein echtes Mysterium vom Anbeginn der Zeit, dessen Geheimnisse wir nun, Milliarden Jahre später versuchen zu entschlüsseln.

Klar ist, dass innerhalb von HD1 hochenergetische Ereignisse stattfinden müssen – oder besser gesagt: in der Vergangenheit stattgefunden haben, die diese immense UV-Strahlung verursachen. Nur ist es natürlich immens schwierig, etwas über die Ereignisse in einer Galaxie herauszufinden, die Milliarden Lichtjahre entfernt ist. Der beteiligte Forscher Fabio Pacucci vom Harvard University & Smithsonian Astrophysical Observatory beschreibt es so: “Es ist, als würde man die Nationalität eines Schiffes anhand der Flagge erraten, die es führt, während man sich weit weg an Land befindet und das Schiff inmitten eines Sturms und dichten Nebels liegt. Man kann vielleicht einige Farben und Formen der Flagge erkennen, aber nicht in ihrer Gesamtheit. Letztendlich ist es ein langes Spiel der Analyse und des Ausschlusses unplausibler Szenarien.”

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HD1: Theorien für energiereiche Strahlung

Die Forscher haben aber zwei Theorien, die die energiereiche Strahlung von HD1 erklären könnten: Entweder befand sich im Zentrum von HD1 ein mächtiger Quasar oder es handelt es sich hier um eine sogenannte Starburst-Galaxie. Fangen wir mal mit dem Quasar an. Quasare gehören zu den unglaublichsten Objekten im Universum. Es handelt sich um aktive Galaxienkerne, in denen ein Schwarzes Loch umliegende Sterne und Gasnebel verschlingt und heftige Energieausbrüche in den Kosmos schleudert. Um das Schwarze Loch sammelt sich eine sogenannte Akkretionsscheibe, in der so viel Energie steht, dass sie dann in Jets fort geschossen wird. Wenn das die Erklärung für die starke UV-Strahlung von HD1 wäre, dann hätten wir gleich noch einen Rekord: Dann wäre HD1 auch der bisher fernste und älteste je beobachtete Quasar.

Aber es gibt ein Problem: Anhand der Strahlung von HD1 kann man ausrechnen, dass ein aktives Schwarzes Loch im Zentrum dieser Galaxie rund 120 Millionen Sonnenmassen schwer sein müsste. Für ein Schwarzes Loch, das so früh nach dem Urknall entstanden ist, ist das aber ein erstaunliches Gewicht. Um nicht zu sagen: Es ist im Prinzip ein unmögliches Gewicht, denn in dieser frühen Phase des Universums gab es eigentlich noch nicht genügend Zeit, um so viel Masse zu verschlucken, um so schwer zu werden. Und das ist es, was die Astronomen so ratlos macht: Wie kann der Quasar nur 300 Millionen Jahre nach dem Urknall so schwer sein? Ist vielleicht mit unserer Theorie des Alters des Universums irgendetwas nicht in Ordnung? Der bekannte Astrophysiker Avi Loeb sagt: “Ein paar 100 Millionen Jahre nach dem Urknall muss ein Schwarzes Loch in HD1 aus einem massiven Keim mit einer noch nie dagewesenen Geschwindigkeit gewachsen sein. Einmal mehr scheint die Natur einfallsreicher zu sein als wir.”

Oder gibt es noch einen anderen Erklärungsansatz für die kuriosen Eigenschaften von HD1? Eine andere Erklärung wäre, dass es sich um eine Starburst-Galaxie handelt. Das sind Galaxien, in denen es zu einer ungewöhnlich hohen Bildung von neuen Sternen kommt. Viele Galaxien werden durch Zusammenstöße mit anderen Galaxien zu Starburst-Galaxien, weil durch die Kollision jede Menge Wasserstoff und Helium in die Galaxie gespült werden, woraus dann neue Sterne bestehen. Die erhöhte Sternentstehung könnte also erklären, weshalb HD1 so viel Energie aussendet.

Population-III-Sterne: Die ältesten Generationen

Aber auch hier gibt es ein Problem: Für die gemessene Strahlungsmenge müsste HD1 mehr als 100 Sterne pro Jahr erzeugen, das ist mindestens zehnmal mehr als man für solche frühen Galaxien erwarten würde. Eine Erklärung könnte sein, dass in HD1 eine ganz besondere Art von Sternen entstanden ist, sogenannte Population-III-Sterne. Das sind Sterne der ältesten Generation, die im Gegensatz zu heutigen Sternen, wie wir sie beispielsweise aus der Milchstraße kennen, massereicher, leuchtstärker und heißer waren. Weil die Population-III-Sterne mehr UV-Licht produzieren, könnte das also die extreme UV-Helligkeit von HD1 erklären.

Bisher konnte man solche Population-III-Sterne noch nie direkt nachweisen, auch das wäre also ein absoluter Meilenstein. Möglich wäre auch eine Kombination aus beiden Erklärungsansätzen: HD1 könnte eine relativ hohe Sternentstehungsrate und einen relativ schweren Quasar im Zentrum besessen haben. Die ganze Sache bleibt aber extrem rätselhaft.

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Superlativ im All: Gigantische Galaxie entdeckt

von 21. März 20229. Oktober 2022 By Tim Julian Ruster

Astronomen haben ein Galaxienmonster entdeckt. Die Sterneninsel Alcyoneus ist die gigantischste jemals entdeckte Galaxie im gesamten Kosmos.

16,3 Millionen Lichtjahre: Das ist die Ausdehnung der kürzlich entdeckten Riesengalaxie Alcyoneus. Diese neue Sterneninsel ist viel größer als unsere Milchstraße. Diese besitzt nämlich nur eine Ausdehnung von maximal 200.000 Lichtjahren. Die Ausdehnung von Alcyoneus ist damit also knapp 81 mal größer als die unserer Heimatgalaxis.

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Diese unvorstellbaren Ausmaße sind aber nicht die einzige Kuriosität, die Alcyoneus aufweist. Es handelt sich um eine Radiogalaxie. Der Grundaufbau von Radiogalaxien ist ähnlich wie der Aufbau “normaler” Galaxien – wir haben eine große Ansammlung von Sternensystemen und im Zentrum befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch. So ist auch unsere Milchstraße aufgebaut. Bei Radiogalaxien kommt es aber zu heftigen Energieausbrüchen aus dem Zentrum der Galaxie, die besonders gut im Radiobereich beobachtbar sind. Die Energieausbrüche entstehen durch Prozesse in der Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs. Hier kann um das Schwarze Loch herum, in der sogenannten Akkretionsscheibe, so viel Energie entstehen, dass es zu heftigen Ausbrüchen kommt, so genannte Jets.

Es kann geschehen, dass Jets eine derart hohe Ausdehnung erreichen, dass sie aus der Galaxie herausragen und mit dem intergalaktischen Medium reagieren. Intergalaktisches Medium ist im Prinzip all das Zeug, was nicht in Galaxien ist, sondern außerhalb herum schwebt, vor allem Wasserstoff. Es ist zwar nicht viel, aber die geringe Menge an Wasserstoff außerhalb der Galaxien genügt, um eine Reaktion mit den ausgestoßenen Jets zu erzeugen. Und dadurch entstehen diese für Radiogalaxien typische Strukturen.

Ok, so weit, so einfach. Jetzt wird es aber etwas knifflig: Den Ausstoß von Energiestrahlung aus dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum gibt es eigentlich bei fast jeder Galaxie. Und auch fast jede Galaxie bildet zumindest zaghafte Radioenergiestrahlung aus, sogar unsere Milchstraße. Die ungeklärte Frage ist jetzt: Warum nehmen diese Radioausbrüche bei einigen Galaxien wie bei Hercules A oder bei Alcyoneus so derart riesige Ausmaße an? Was unterscheidet diese Riesenradiogalaxien von normalen Galaxien?

Dieses Geheimnis könnten wir durch die Entdeckung des galaktischen Giganten Alcyoneus klären. Der Astronom Martijn Oei vom Observatorium Leiden in den Niederlanden sagt: “Wenn es bestimmte großräumige Umgebungen gibt, die das Wachstum von Riesenradiogalaxien begünstigen, dann werden sich die größten Riesenradiogalaxien wahrscheinlich in diesen Umgebungen befinden.”

Was verrät uns Alcyoneus über die Geheimnisse der Riesenradiogalaxien?

Das Zentrum der Galaxie, aus dem die Radioausbrüche herausquellen, nennt man bei Radiogalaxien Wirtsgalaxie. Und die Wirtsgalaxie von Alcyoneus scheint relativ normal zu sein. Es handelt sich um eine ganz normale elliptische Galaxie, die etwa 240 Milliarden Mal so schwer ist wie die Sonne. Die Wirtsgalaxie von Alcyoneus ist also ein galaktisches Leichtgewicht. Die Forscher aus den Niederlanden schreiben dazu: “Abgesehen von der Geometrie sind Alcyoneus und seine Wirtsgalaxie verdächtig gewöhnlich: Die gesamte niederfrequente Leuchtdichte, die stellare Masse und die Masse des supermassiven Schwarzen Lochs sind alle niedriger als bei den mittleren Radiogalaxien, obwohl sie ähnlich sind”

Wie aber lassen sich die Radioausbrüche nun erklären? Im Zentrum von Alcyoneus befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, das etwa 400 Millionen Mal so schwer ist wie die Sonne. Und hier wird es interessant: Das ist im Vergleich zu anderen Radiogalaxien nicht besonders schwer, wie die Forscher festgestellt haben. Aber es ist viel schwerer als Sagittarius A*, das zentrale Schwarze Loch unserer Galaxis. Sagittarius A* wiegt nur knapp 4,3 Millionen mal so viel wie die Sonne. Wir haben mit Alcyoneus also eine Galaxie, die viel leichter ist als die Milchstraße und daher vermutlich insgesamt weniger Sterne beinhaltet, aber ein Schwarzes Loch besitzt, dass gemessen an dem Gewicht der Galaxie extremst gewaltig ist.

Meine Idee ist: Diese Kombination aus leichter Galaxie und schwerem Schwarzen Loch ist die perfekte Voraussetzung für die heftigen Radio-Bommel, da die gewaltigen Energieausbrüche sehr schnell das Ende der kleinen Wirtsgalaxie und damit das intergalaktische Medium erreichen. In einer normal großen Galaxie mit einem nicht so schweren Schwarzen Loch entstehen hingegen viel weniger heftige Radioausbrüche, die sich auch schon abgeschwächt haben, wenn sie das intergalaktische Medium erreichen. Der Schlüssel zum Radiogigantismus von Alcyoneus könnte also die Kleinheit der Wirtsgalaxie gepaart mit dem überdurchschnittlichen Gewicht des zentralen Schwarzen Lochs sein.

Das kosmische Netz und die Filamente

Eine andere Ursache oder vielleicht auch eine Mitursache könnte laut den Forschern die Position von Alcyoneus im kosmischen Netz sein. Stellt euch mal vor, Ihr wärt ein unfassbar großer Riese, der den gesamten Kosmos von außen sehen könnte. Dann würdet Ihr das hier sehen: Das kosmische Netz.

Jedenfalls sehen wir, dass der Kosmos durchzogen ist von helleren Linien, das sind die sogenannten Filamente und in denen ordnen sich die allermeisten Galaxien an. Auf irgendeinem dieser Filamanete sitzen gerade wir in unserer Galaxis – und zwischen den Filamenten befinden sich riesige Leerräume, sogenannte Voids. Da ist nicht besonders viel, einfach große gähnende Leere. Je nachdem, wo sich eine Galaxie befindet, also mitten in einer dichten Umgebung mit vielen Galaxien zentral im Filament oder vielleicht an der Schnittstelle zwischen Filamenten und Voids unterscheidet sich die Zusammensetzung des intergalaktischen Mediums. Es besitzt je nachdem eine höhere oder niedrigere Wasserstoffdichte. Und die Idee ist, dass Alcyoneus sich an einer Position des kosmischen Netz befindet, in der das intergalaktische Medium weniger dicht ist, so dass einer Expansion der Radioausbrüche weniger Widerstand gegenüber steht. Ich schätze, dass es eine Mischung aus all diesen Faktoren ist, die es Alcyoneus erlaubt haben, derart gigantische Ausmaße anzunehmen: Anzahl der Sterne, Gewicht des Schwarzen Loches und Position im kosmischen Netz.

Einen Punkt müssen wir noch klären. IC 1101 ist doch eigentlich die größten Galaxie. Bei Galaxien kommt es immer darauf an, auf welche Größe man Bezug nimmt. Ausdehnung, Anzahl der Sterne oder Gewicht der Galaxie. Die Begriffe werden leider oft durcheinander geworfen. IC 1101 ist tatsächlich sehr groß, was all diese Werte angeht. Mit einer Ausdehnung von knapp zwei Millionen Lichtjahren ist IC 1101 gigantisch und besitzt eins der schwersten Schwarzen Löcher im bekannten Kosmos überhaupt. Und bei der Anzahl der Sternsysteme könnte IC 1101 mit unglaublichen 100 Billion tatsächlich auf Platz 1 liegen. Aber was die räumliche Ausdehnung an sich angeht, ist Alcyoneus mit seinen gigantischen Radiowülsten, die sich ja über 16 Millionen Lichtjahre erstrecken, unangefochten auf Platz 1.

Ihr wollt mehr über diese faszinierende Galaxie erfahren? Dann schaut mal in dieses Video rein:

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