Bildnachweis: ESO
Galaxienhaufen sind sehr große Bausteine des Universums. Diese gigantischen Strukturen enthalten Hunderte bis Tausende von Galaxien und, weniger sichtbar, aber ebenso interessant, eine zusätzliche Menge an „dunkler Materie“, deren Ursprung den Astronomen immer noch trotzt, mit einer Gesamtmasse von Tausenden von Millionen von Millionen Mal der Masse unserer Sonne. Der vergleichsweise nahe gelegene Coma-Cluster enthält beispielsweise Tausende von Galaxien und misst mehr als 20 Millionen Lichtjahre. Ein weiteres bekanntes Beispiel ist der Virgo-Cluster in einer Entfernung von etwa 50 Millionen Lichtjahren, der sich immer noch über einen Winkel von mehr als 10 Grad am Himmel erstreckt!
In den dichtesten Regionen des Universums bilden sich Galaxienhaufen. Als solche zeichnen sie das Rückgrat der großräumigen Strukturen im Universum perfekt nach, so wie Leuchttürme eine Küste nachzeichnen. Untersuchungen von Galaxienhaufen geben daher Aufschluss über die Struktur des riesigen Raums, in dem wir leben.
Die REFLEX-Umfrage
Nach dieser Idee ein europäisches Team von Astronomen unter der Leitung von Hans B? Hringer (MPE, Garching, Deutschland), Luigi Guzzo (INAF, Mailand, Italien), Chris A. Collins (JMU, Liverpool) und Peter Schuecker ( MPE, Garching) hat eine jahrzehntelange Untersuchung dieser gigantischen Strukturen begonnen, um die massereichsten Galaxienhaufen zu lokalisieren.
Da etwa ein Fünftel der optisch unsichtbaren Masse eines Clusters in Form eines diffusen, sehr heißen Gases mit einer Temperatur in der Größenordnung von mehreren zehn Millionen Grad vorliegt, erzeugen Galaxienhaufen eine starke Röntgenemission. Sie lassen sich daher am besten mit Röntgensatelliten entdecken.
Für diese grundlegende Studie wählten die Astronomen zunächst Kandidatenobjekte anhand von Daten aus dem Röntgenhimmelatlas aus, die von der deutschen Satellitenvermessungsmission ROSAT zusammengestellt wurden. Dies war nur der Anfang - dann folgte eine Menge mühsamer Arbeit: die endgültige Identifizierung dieser Objekte im sichtbaren Licht und die Messung der Entfernung (d. H. Rotverschiebung) der Clusterkandidaten.
Die Bestimmung der Rotverschiebung erfolgte durch Beobachtungen mit mehreren Teleskopen am ESO La Silla Observatorium in Chile von 1992 bis 1999. Die helleren Objekte wurden mit den ESO 1,5-m- und den ESO / MPG 2,2-m-Teleskopen beobachtet Für die weiter entfernten und schwächeren Objekte wurde das 3,6-m-ESO-Teleskop verwendet.
Das 12-jährige Programm, das an diesen Teleskopen durchgeführt wird, ist den Astronomen als REFLEX-Clusterumfrage (ROSAT-ESO Flux Limited X-ray) bekannt. Es wurde nun mit der Veröffentlichung eines einzigartigen Katalogs mit den Eigenschaften der 447 hellsten Röntgenhaufen von Galaxien am südlichen Himmel abgeschlossen. Unter diesen wurde mehr als die Hälfte der Cluster während dieser Umfrage entdeckt.
Einschränkung des Inhalts der dunklen Materie
Galaxienhaufen sind weit davon entfernt, gleichmäßig im Universum verteilt zu sein. Stattdessen tendieren sie dazu, sich zu noch größeren Strukturen, „Superclustern“, zusammenzuschließen. Von Sternen, die sich in Galaxien sammeln, Galaxien, die sich in Clustern versammeln, und Clustern, die sich in Superclustern zusammenschließen, zeigt das Universum eine Strukturierung auf allen Skalen, von den kleinsten bis zu den größten. Dies ist ein Relikt der sehr frühen (Entstehungs-) Epoche des Universums, der sogenannten „Inflationsperiode“. Zu dieser Zeit, nur einen winzigen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall, wurden die winzigen Dichteschwankungen verstärkt und im Laufe der Äonen entstanden die viel größeren Strukturen.
Aufgrund des Zusammenhangs zwischen den ersten Schwankungen und den jetzt beobachteten riesigen Strukturen ermöglicht der einzigartige REFLEX-Katalog - der größte seiner Art - den Astronomen, den Inhalt des Universums und insbesondere die Menge der dunklen Materie erheblich einzuschränken glaubte, es zu durchdringen. Interessanterweise sind diese Einschränkungen völlig unabhängig von allen anderen Methoden, die bisher zur Feststellung der Existenz dunkler Materie verwendet wurden, wie beispielsweise die Untersuchung sehr weit entfernter Supernovae (siehe z. B. ESO PR 21/98) oder die Analyse des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (z der WMAP-Satellit). Tatsächlich ist die neue REFLEX-Studie eine sehr ergänzende Ergänzung zu den oben genannten Methoden.
Das REFLEX-Team kommt zu dem Schluss, dass die mittlere Dichte des Universums im Bereich des 0,27- bis 0,43-fachen der „kritischen Dichte“ liegt, was die bisher stärkste Einschränkung für diesen Wert darstellt. In Kombination mit der neuesten Supernovae-Studie impliziert das REFLEX-Ergebnis, dass es unabhängig von der Art der dunklen Energie ein Universum mit Einsteins kosmologischer Konstante genau nachahmt.
Ein riesiges Puzzle
Der REFLEX-Katalog wird auch vielen anderen nützlichen Zwecken dienen. Damit können Astronomen die detaillierten Prozesse, die zur Erwärmung des Gases in diesen Clustern beitragen, besser verstehen. Es wird auch möglich sein, die Auswirkungen der Umgebung des Clusters auf jede einzelne Galaxie zu untersuchen. Darüber hinaus ist der Katalog ein guter Ausgangspunkt für die Suche nach riesigen Gravitationslinsen, bei denen ein Cluster als riesige Vergrößerungslinse fungiert und die Beobachtung der schwächsten und entferntesten Objekte ermöglicht, die sonst mit heutigen Teleskopen nicht erkannt werden könnten.
Aber wie Hans B? Hringer sagt: „Der vielleicht wichtigste Vorteil dieses Katalogs ist, dass die Eigenschaften jedes einzelnen Clusters mit der gesamten Stichprobe verglichen werden können. Dies ist das Hauptziel von Umfragen: Zusammensetzen der Teile eines gigantischen Puzzles, um eine großartigere Ansicht zu erhalten, bei der jedes einzelne Teil eine neue, umfassendere Bedeutung erhält. “
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
