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GALAXIENHAUFEN
Weit entfernt, jung und sehr massereich
von Stefan Deiters
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12. Januar 2016

Drei Weltraumteleskope und die Unterstützung erdgebundener Instrumente waren nötig, um sicher zu sein: Bei dem rund zehn Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxienhaufen IDCS 1426 handelt es sich um einen extrem massereichen Haufen, der in dieser Epoche des Universums äußerst selten ist. Sein Studium sollte einiges über die Entstehung solcher gewaltigen Strukturen verraten.

IDCS 1426

Der Galaxienhaufen IDCS 1426 in einer Ansicht, für die Daten von Chandra (blau), Spitzer (rot) und Hubble (grün) verwendet wurden. Bild: NASA / CXC / Univ of Missouri / M.Brodwin et al; NASA / STScI; JPL / CalTech   [Großansicht

Der Galaxienhaufen IDCS J1426.5+3508, abgekürzt IDCS 1426, ist rund zehn Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Sein Licht war so lange zu uns unterwegs, dass wir den Haufen zu einer Zeit sehen, zu der unser Universum nur rund ein Viertel seines jetzigen Alters hatte. Es handelt sich um den massereichsten Galaxienhaufen, der in dieser frühen Phase des Universums entdeckt wurde.

Aufgespürt wurde IDCS 1426 vom Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer im Jahr 2012. Mithilfe des Weltraumteleskops Hubble und des Keck Observatory auf Hawaii gelang es dann, die Entfernung des Haufens zu bestimmen. Weitere Beobachtungen mit dem Combined Array for Millimeter Wave Astronomy deuteten dann bereits darauf hin, dass es sich bei IDCS 1426 um einen äußerst massereichen Haufen handelt. Dies konnte das Röntgen-Weltraumteleskop Chandra nun bestätigen. Der Haufen könnte danach eine Masse aufweisen, die der 500-billionenfachen Masse unserer Sonne entspricht - rund 90 Prozent davon sind Dunkle Materie.

"Mit dieser Entdeckung gehen wir schon an die Grenze", so Mark Brodwin von der University of Missouri in Kansas City, der die Untersuchung leitete. "Es handelt sich um eine der am frühesten im Universum entstandenen massereichen Strukturen. Der Haufen stellt damit eine hohe Hürde für Theorien dar, die erklären wollen, wie Galaxienhaufen und Galaxien sich entwickeln."

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Galaxienhaufen sind die größten Strukturen im Universum, die durch die gravitative Anziehungskraft ihrer Mitglieder zusammengehalten werden. Auch die Milchstraße ist Teil eines kleinen Galaxienhaufens, der sogenannten "Lokalen Gruppe". Größere Galaxienhaufen können viele Tausende von Galaxien umfassen und ihre Entstehung sollte, so die bisherige Vermutung der Astronomen, mehrere Milliarden Jahre in Anspruch nehmen.

IDCS 1426 sehen wir zu einer Zeit, in der unser Universum gerade einmal 3,8 Milliarden Jahre alt war. Das bedeutet, dass wir es bei IDCS 1426 mit einem noch sehr jungen Galaxienhaufen zu tun haben. In den Chandra-Daten ist in der Nähe des Haufenzentrums ein im Röntgenlicht sehr heller Bereich zu sehen. Dieser helle Kernbereich befindet sich nicht exakt im Zentrum des Haufens. Ursache könnte eine Kollision mit einem anderen gerade entstehenden Haufen sein, die sich vor etwa 500 Millionen Jahren ereignet hat. Bei einer solchen Kollision würde das heiße Gas, das die Röntgenstrahlen aussendet, erheblich durcheinandergewirbelt.

"Verschmelzungen mit anderen Galaxiengruppen oder -haufen sollten im jungen Universum sehr viel häufiger vorgekommen sein", so Michael McDonald vom Massachusetts Institute of Technology. "Solche Ereignisse scheinen bei der schnellen Entstehung dieses jungen Haufens eine wichtige Rolle gespielt zu haben."

Im Rest des Haufens ist das heiße Gas sehr gleichmäßig und symmetrisch verteilt. Die Astronomen werten dies als weiteren Hinweis darauf, dass der Haufen sehr schnell entstanden ist. Sie entdeckten außerdem Hinweis dafür, dass sich in dem heißen Gas des Haufens ungewöhnlich wenige Elemente finden, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium. Das könnte bedeuten, dass der Haufen noch immer dabei ist, sein Gas mit schwereren Elementen anzureichern. Sie entstehen in massereichen Sternen in den einzelnen Galaxien des Haufens und bei deren Supernova-Explosionen. Durch diese können die Elemente auch aus den Galaxien geblasen werden.

"Die Entdeckung dieses massereichen Galaxienhaufens im frühen Universum bringt unser aktuelles kosmologisches Weltbild noch nicht durcheinander", so Anthony Gonzalez von der University of Florida in Gainesville. "Es liefert uns aber weitere Informationen, die wir berücksichtigen müssen, wenn wir unsere Modelle verbessern und anpassen."

Über ihre Ergebnisse berichtete das Team in der vergangenen Woche auf der Tagung der American Astronomical Society. Sie sind auch in einem Fachartikel zusammengefasst, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erscheinen wird.

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WISE & Spitzer: Gewaltiger Galaxienhaufen im jungen Universum - 5. November 2015
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VLT: Der am weitesten entfernte Galaxienhaufen - 10. April 2002
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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