Galaxien besitzen keinen scharfen Rand, ihr Sternenlicht verliert sich nach außen im Rauschen des Nachthimmels. IC 1101 gilt als die größte Galaxie des bekannten Universums, doch wo ihr Körper tatsächlich endet, ließ sich bislang nicht bestimmen. Ultratiefe Aufnahmen mit einem Zwei-Meter-Teleskop auf La Palma erreichen nun eine Flächenhelligkeit von rund 30 Magnituden pro Quadratbogensekunde und ziehen erstmals eine belastbare Grenze zwischen Galaxie und Himmelshintergrund. Auffällig sind dabei mehrere schwache, unregelmäßige Strukturen weit außerhalb des Hauptkörpers.
Galaxien besitzen keinen scharfen Rand. Ihr Sternenlicht nimmt nach außen kontinuierlich ab, bis es im Rauschen des Nachthimmels verschwindet, und genau an dieser Stelle beginnt das Messproblem. IC 1101 im Galaxienhaufen Abell 2029 gilt seit Jahrzehnten als die größte Galaxie des bekannten Universums, doch die kursierenden Durchmesserangaben reichten von wenigen hunderttausend Lichtjahren bis zu sechs Millionen Lichtjahren. Betroffen sind vor allem die hellsten Mitglieder großer Galaxienhaufen, in der Fachsprache Brightest Cluster Galaxies genannt. Sie sitzen im Schwerkraftzentrum eines Haufens und wachsen über Milliarden Jahre hinweg, indem sie kleinere Nachbarn vollständig aufnehmen. Eine elliptische Galaxie dieses Typs ist zusätzlich von diffusem Licht umgeben, das nicht mehr eindeutig ihr selbst gehört, sondern als Zwischenhaufenlicht dem gesamten System zugerechnet wird. Ohne eine physikalisch begründete Definition des Randes bleibt jede Größenangabe eine Setzung.
Der neue Ansatz stützt sich deshalb nicht auf eine willkürlich gewählte Helligkeitsschwelle, sondern auf den sogenannten Randradius. Dahinter steht die Beobachtung, dass in vielen Systemen das Profil der Sternendichte an einer bestimmten Stelle abknickt, weil dort in der Vergangenheit die Sternentstehung endete. Dieser Knick lässt sich als physikalische Grenze lesen und liefert einen Wert, der nicht von der Belichtungszeit oder vom verwendeten Instrument abhängt. Um ihn bei IC 1101 überhaupt sichtbar zu machen, mussten die Beobachter bis zu einer Flächenhelligkeit vordringen, bei der das Streulicht heller Vordergrundsterne bereits ein größeres Signal liefert als die Galaxie selbst. Wie stark solche Randbedingungen die Interpretation verschieben können, zeigte sich zuletzt auch bei der Frage, wie schnell Galaxien im frühen Universum wachsen konnten, wo ebenfalls die Messgrenze über die Aussage entschied.
Die Auswertung ergibt entlang der großen Halbachse einen Randradius von 260 Kiloparsec, was einem Durchmesser von rund 520 Kiloparsec entspricht. Umgerechnet sind das etwa 1,7 Millionen Lichtjahre. Innerhalb dieser Grenze stecken nach den Profilen der Sternmassendichte rund 3,4 Billionen Sonnenmassen allein in Sternen. Zum Vergleich: Die Milchstraße bringt es auf einen Durchmesser von grob 30 Kiloparsec, IC 1101 ist damit etwa siebzehnmal breiter. Selbst wenn man bei der Milchstraße sämtliche Materie einschließlich der Dunklen Materie zusammenrechnet, liegt sie bei ein bis anderthalb Billionen Sonnenmassen und damit deutlich unter dem reinen Sternanteil von IC 1101. Damit rückt die Galaxie an das obere Ende der Beziehung zwischen Masse und Größe, die Astronomen für das heutige Universum kennen. Ähnlich extreme Verhältnisse traten zuletzt bei einer Galaxie mit etwa hundertfacher Masse der Milchstraße zutage.
Die Daten stammen vom Isaac Newton Telescope auf La Palma, aufgenommen mit der Wide Field Camera in den Filterbändern g und r. Entscheidend war weniger die Teleskopgröße als die Behandlung des Streulichts. Das Team charakterisierte dafür die Punktbildfunktion über einen ungewöhnlich großen Radius und zog anschließend mit einem waveletbasierten Verfahren sowohl das Streulicht heller Sterne als auch das der Galaxie selbst ab. Erst danach ließen sich Flächenhelligkeit, Farbe und Sternmassendichte entlang mehrerer Positionswinkel getrennt auftragen und miteinander vergleichen. Dass der Knick im Profil in allen drei Größen an derselben Stelle auftritt, ist das eigentliche Argument für einen echten Rand, wie die Untersuchung zur maximalen Ausdehnung von Galaxien darlegt, deren Angaben auf einer Rotverschiebung von 0,077 für Abell 2029 beruhen.
Jenseits dieser Grenze fanden sich mehrere asymmetrische Gebilde von extrem geringer Flächenhelligkeit. Zwei davon liegen räumlich dort, wo Röntgenbeobachtungen bereits Störungen im heißen Gas des Haufens gezeigt hatten. Beides zusammen spricht dafür, dass IC 1101 weiterhin Material aufnimmt und ihre Ausdehnung noch nicht abgeschlossen ist. Die Arbeitsgruppe hält eine Verschmelzung mit einer kleineren Galaxiengruppe vor etwa zwei bis drei Milliarden Jahren für plausibel, deren Nachwirkungen die äußeren Bereiche bis heute formen. Für die Frage nach einer Obergrenze der Galaxiengrößen ist das ein wichtiger Befund, denn er zeigt, dass selbst der bekannte Rekordhalter noch nicht ausgewachsen ist. Wie weit der Einfluss einer solchen zentralen Galaxie in ihre Umgebung reicht, wurde zuvor schon an extrem ausgedehnten Materiestrahlen Schwarzer Löcher sichtbar.
Astronomy and Astrophysics, How large can galaxies be? Ultra-deep imaging of IC 1101, the most extended known galaxy; doi:10.48550/arXiv.2607.15340