Was sind kosmische Leerräume und wie formen sie das Universum?

Das Universum besteht größtenteils aus Nichts – und das ist wichtig

Betrachtet man eine Karte des Universums in den größten Maßstäben, so wird man etwas Überraschendes feststellen: Es sieht aus wie ein Schwamm. Dünne Fäden aus Galaxien und dunkler Materie verweben sich zu Filamenten und Flächen, die riesige, leere Blasen umgeben, die als kosmische Leerräume bekannt sind. Diese Leerräume sind keine Kuriosität am Rande der Kosmologie – sie füllen etwa 95 % des Volumens des beobachtbaren Universums aus und sind heute von zentraler Bedeutung für einige der größten Fragen der Physik.

Das kosmische Netz: Das Skelett des Universums

Um Leerräume zu verstehen, muss man zunächst das kosmische Netz verstehen – die großräumige Struktur, die alles im Universum organisiert. Die Materie ist nicht gleichmäßig im Raum verteilt. Stattdessen hat die Schwerkraft über Milliarden von Jahren Materie in ein riesiges, schaumartiges Netzwerk aus Filamenten, Wänden und Knoten gezogen, wo sich an den Schnittpunkten Galaxienhaufen bilden. Laut NASA erstrecken sich diese Strukturen über Hunderte von Millionen von Lichtjahren und bilden das Gerüst, auf dem alle sichtbare Materie angeordnet ist.

Die Räume zwischen diesem Gerüst sind die kosmischen Leerräume – Regionen, in denen sich nur sehr wenig Materie ansammeln konnte, weil umliegende Gebiete sie im Laufe der kosmischen Zeit durch Gravitationskraft abzogen.

Was genau ist ein kosmischer Leerraum?

Ein kosmischer Leerraum ist eine große, unterdichte Region des Raums, die weitaus weniger Galaxien enthält als im Durchschnitt. Laut astronomischen Untersuchungen erstrecken sich typische Leerräume über 10 bis 100 Megaparsec – etwa 30 bis 300 Millionen Lichtjahre –, obwohl Superleerräume noch größer sein können. Sie sind nicht vollkommen leer: Selbst die am stärksten ausgehöhlten Leerräume behalten etwa 15 % der durchschnittlichen Materiedichte des Universums, hauptsächlich in Form von verstreuten Zwerggalaxien und diffusem Gas.

Was sie jedoch in Hülle und Fülle enthalten, ist dunkle Energie – die mysteriöse abstoßende Kraft, die die beschleunigte Expansion des Universums antreibt. Da es den Leerräumen an Gravitationsmasse mangelt, um der dunklen Energie entgegenzuwirken, dehnen sie sich schneller aus als der Rest des Universums und dehnen sich wie aufsteigende Blasen im Brotteig aus.

Geboren aus den Schallwellen des Urknalls

Kosmische Leerräume gehen auf die ersten Momente nach dem Urknall zurück. Das frühe Universum war ein heißes, dichtes Plasma, in dem winzige Quantenfluktuationen in der Dichte baryonische akustische Oszillationen (BAOs) erzeugten – Schallwellen, die durch die Ursuppe liefen. Die NASA erklärt, dass diese Wellen erstarrten, als sich das Universum ausreichend abkühlte – etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall –, wodurch sich eine bevorzugte Skala von etwa 500 Millionen Lichtjahren auf die Verteilung der Materie prägte. Regionen höherer Dichte bildeten Filamente und Haufen; unterdichte Regionen wurden zu Leerräumen.

Wo sich unsere Galaxie befindet

Die Milchstraße schwebt nicht mitten in einem Leerraum – aber sie ist überraschend nah an einem dran. Unsere Galaxie befindet sich in einer flachen Struktur, die als Lokale Ebene bezeichnet wird, einer breiten, pfannkuchenartigen Anordnung von Galaxien und dunkler Materie. An diese Ebene grenzt der Lokale Leerraum, eine unterdichte Region, die sich über etwa 60 Megaparsec (etwa 200 Millionen Lichtjahre) erstreckt.

Neue Forschungsergebnisse, die Anfang 2026 veröffentlicht und von Phys.org behandelt wurden, ergaben, dass die Milchstraße in eine großräumige Ebene aus dunkler Materie eingebettet ist. Diese Ebenenstruktur trägt dazu bei, ein lange bestehendes Rätsel zu lösen: Warum scheinen sich die meisten nahegelegenen Galaxien von der Lokalen Gruppe wegzubewegen, anstatt von ihr angezogen zu werden? Die verteilte Masse der Ebene gleicht die Schwerkraft der Lokalen Gruppe aus, sodass Galaxien innerhalb derselben Ebene nach außen driften können.

Warum Leerräume das beste Werkzeug eines Kosmologen sind

Weit davon entfernt, toter Raum zu sein, sind kosmische Leerräume zu einem der schärfsten Instrumente geworden, das Astronomen zur Messung der dunklen Energie haben. Da sich Leerräume unter dem Einfluss der dunklen Energie ausdehnen, ist ihre Form im Laufe der Zeit ein direkter Indikator dafür, wie sich die Expansion des Universums beschleunigt. Ein perfekt kugelförmiger Leerraum würde eine bestimmte Zustandsgleichung der dunklen Energie implizieren; jede Verzerrung erzählt eine andere Geschichte.

Das kommende Roman Space Telescope der NASA wurde speziell entwickelt, um BAO-Signaturen und Leerraumverteilungen bis zu fünfmal weiter in die kosmische Vergangenheit zurück zu kartieren als frühere Untersuchungen – bis zu dem Zeitpunkt, als das Universum erst etwa 600 Millionen Jahre alt war. Die Daten könnten endlich enthüllen, ob dunkle Energie eine Konstante ist (Einsteins kosmologische Konstante) oder etwas Dynamischeres, das sich im Laufe der Zeit verändert.

Die Leere, die alles erklärt

Kosmische Leerräume mögen wie die Überreste des Universums erscheinen – die Räume, in denen nichts Interessantes passiert ist. In Wirklichkeit sind sie eine Aufzeichnung der frühesten Momente des Universums, ein Labor für dunkle Energie und ein Schlüssel zum Verständnis, warum sich Galaxien dort ansammeln, wo sie es tun. Die Position der Milchstraße selbst, die Bewegungen benachbarter Galaxien und das Schicksal des Kosmos sind zum Teil in der riesigen Leere zwischen den Sternen geschrieben.