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XMM & VLT
Gemeinsame Jagd auf Galaxienhaufen
von Stefan Deiters
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15. Juli 2003

Galaxienhaufen sind die größten Strukturen im Universum und deswegen für Kosmologen von entscheidender Bedeutung. Durch die Zusammenarbeit des europäischen Röntgensatelliten XMM-Newton und des Very Large Telescope hoffen Astronomen nun, in möglichst kurzer Zeit eine ganze Reihe neuer Haufen aufzuspüren. Die ersten Ergebnisse sind viel versprechend. 

XMM-LSS X-Ray Survey

Das erste Bild des XMM-LSS X-Ray Survey. Foto: ESO [Großansicht]

Die Materie in unserem Universum ist nicht etwa gleichmäßig im Raum verteilt, sondern in Galaxien, Galaxienhaufen und Superhaufen konzentriert. Diese großräumigen Strukturen scheinen im Weltall in einer Art netz- oder wabenförmigen Struktur angeordnet zu sein. Unsere Milchstraße beispielsweise gehört zusammen mit dem Andromeda-Nebel und rund 30 weiteren Galaxien zur so genannten "Lokalen Gruppe", die einen Durchmesser von einigen Millionen Lichtjahren hat. Andere Galaxienhaufen, wie beispielsweise der Coma-Haufen, enthalten Tausende von Galaxien und erstrecken sich über mehr als 20 Millionen Lichtjahre. 

Für Astronomen sind Galaxienhaufen interessant, weil sie die massereichsten gebundenen Strukturen im Universum darstellen. Ihre Zusammensetzung und Verteilung im Laufe der Zeit verrät den Forschern daher einiges über die wichtigsten kosmologischen Parameter. Ein Fünftel der im optischen Bereich nicht sichtbaren Materie eines Galaxienhaufen liegt in Form von diffusem, heißen Gas zwischen den Galaxien vor. Wegen seiner hohen Temperatur von einigen zehn Millionen Grad sendet es intensive Röntgenstrahlung aus, die beispielsweise mit dem europäischen Röntgenteleskop XMM-Newton beobachtet werden kann. Erst im Röntgenlicht kann man die gesamten Ausmaße eines Galaxienhaufen erfassen und die Strukturen somit auch deutlich besser entdecken.

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Mit Hilfe von XMM-Newton hat nun ein europäisch-chilenisches Team von Astronomen erstmals eine großräumige Durchmusterung des Röntgenhimmels vorgenommen, um so die Verteilung von Galaxienhaufen im Weltall zu ermitteln. Dank der Leistungsfähigkeit von XMM gelang es ihnen, tief ins All zu blicken und so das Weltall zu einer Zeit zu beobachten, als es nur etwa die Hälfte seines heutigen Alters hatte und auch deutlich kleiner war.

Um auf den Aufnahmen des Röntgenteleskops aber die Galaxienhaufen eindeutig zu identifizieren, braucht XMM die Hilfe von bodengestützten Teleskopen: Als einige Dutzend Kandidaten als Regionen mit erhöhter Röntgenabstrahlung identifiziert wurden, wurden die Objekte zunächst mit dem 4-Meter Canada-France-Hawaii Telescope auch im Optischen beobachtet. Eine Kombination der Aufnahmen ermöglichte nun, die Haufen eindeutig zu bestimmen. Es stellte sich heraus, dass es sich nur bei rund zehn Prozent der Kandidaten wirklich um Galaxienhaufen handelte. Die anderen Quellen sind vermutlich entfernte aktive Galaxien.

Ist ein Galaxienhaufen erst einmal gefunden, kommt ein anderes bodengestütztes Teleskop zum Zug: das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile. Mit Hilfe des Instrumentes FORS werden die einzelnen Galaxien des Haufens analysiert und beispielsweise durch die Aufnahme detaillierter Spektren die Entfernung der Galaxie ermittelt. Galaxien, die zum gleichen Galaxienhaufen gehören, sollten dabei ähnliche Charakteristika haben. FORS ist für diese Aufgabe besonders geeignet, da das Instrument Einzelspektren von im Schnitt 30 Galaxien zur gleichen Zeit aufnehmen kann. Im Herbst 2002 wurde FORS erstmals zu diesem Zweck eingesetzt.

"Das Wetter und die Beobachtungsbedingungen waren damals einfach ausgezeichnet", erinnert sich die französische Astronomin Marguerite Pierre. "In nur drei Nächten konnten wir zwölf verschiedene Haufen untersuchen und erhielten so nicht weniger als 700 Einzelspektren. Unser Plan ist voll aufgegangen: In einer vergleichsweise kurzen Beobachtungszeit können wir sehr effizient eine große Anzahl entfernter Galaxienhaufen nachbeobachten - ein großer Vorteil im Vergleich zu früheren Suchen."

Mit den ersten Ergebnissen fühlen sich die Astronomen bestätigt: Ihr Plan, schnell und effizient Galaxienhaufen aufzuspüren, ist machbar. Und auch erste wissenschaftliche Erkenntnisse liegen vor. So scheint die Verteilung der Galaxienhaufen vor sieben Milliarden Jahren sich nur wenig von der heutigen Verteilung zu unterscheiden - ein Befund, der von kosmologischen Modellen durchaus vorhergesagt wird.

Links im WWW
ESO, Europäische Südsternwarte
XMM Newton, europäischer Röntgensatellit
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