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ALMA
Radio-Loch um fernen Galaxienhaufen 
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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21. März 2017

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA ist es Astronomen erstmals gelungen, ein Loch in der Radiostrahlung um einen 4,8 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen nachzuweisen. Das Loch entstand durch den sogenannten Sunyaev-Zel'dovich-Effekt. Es ist das erste Mal, dass Bilder von ALMA dieses Phänomen zeigen.

RX J1347.5-1145

Das Bild zeigt die Messung des Sunyaev-Zel'dovich-Effekts im Galaxienhaufen RX J1347.5-1145 mit ALMA (blau). Das Hintergrundbild wurde vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen. Die ALMA-Beobachtungen zeigen ein "Loch", das durch den Effekt verursacht wird. Bild: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Kitayama et al., NASA / ESA Hubble Space Telescope  [Großansicht]

Mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) konnten Astronomen nun zum ersten Mal erfolgreich ein Radio-"Loch" um einen 4,8 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen nachweisen. Das Bild hat die höchste Auflösung, mit der jemals ein solches Loch abgebildet werden konnte, das durch den sogenannten Sunyaev-Zel'dovich-Effekt verursacht wird. Mit dem Bild stellt ALMA eindrucksvoll seine Fähigkeit unter Beweis, die Verteilung und Temperatur des Gases um Galaxienhaufen mithilfe des Sunyaev-Zel'dovich-Effekts zu untersuchen.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Tetsu Kitayama, an der Toho Universität in Japan, und Eiichiro Komatsu, am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Deutschland, untersuchten mit ALMA das heiße Gas in einem Galaxienhaufen. Das heiße Gas ist eine wichtige Komponente, um die Eigenschaften und die Entwicklung der Galaxienhaufen zu verstehen.

Auch wenn das heiße Gas selbst keine Radiowellen ausstrahlt, die mit ALMA nachgewiesen werden könnten, so streut es stattdessen die Radiowellen des kosmischen Mikrowellenhintergrundes und erzeugt ein "Loch" rund um den Galaxienhaufen. Dies wird als Sunyaev-Zel'dovich-Effekt bezeichnet. Das Team beobachtete den Galaxienhaufen RX J1347.5-1145, der 4,8 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.

Dieser Galaxienhaufen ist bei Astronomen für seinen stark ausgeprägten Sunyaev-Zel'dovich-Effekt bekannt und wurde schon oft mit Radioteleskopen beobachtet. Diese Beobachtungen zeigten eine ungleichmäßige Verteilung des heißen Gases in diesem Haufen, die in Röntgenbeobachtungen nicht beobachtet werden konnte. Die Astronomen brauchten daher eine höhere Auflösung. Mit hochauflösenden Radiointerferometern konnte diese aber nur schwer erreicht werden, da das heiße Gas im Galaxienhaufen relativ gleichmäßig und über eine große Fläche verteilt ist.

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ALMA nutzte das Atacama Compact Array, um diese Schwierigkeit zu überwinden. Diese Installation bietet mit ihren kleinen Antennen und der dicht gepackten Antennenkonfiguration ein breiteres Gesichtsfeld. So erhielt das Team ein Bild des Sunyaev-Zel'dovich-Effekt von RX J1347.5-1145 mit einer doppelt so hohen Auflösung und zehnmal besserer Empfindlichkeit als bisherige Beobachtungen. Dies ist das erste Bild des Sunyaev-Zel'dovich-Effekts mit ALMA.

"Die neue ALMA-Beobachtung bestätigt nicht nur die bisherigen Beobachtungen, sondern liefert uns auch ein Bild mit der höchsten Auflösung und der höchsten Empfindlichkeit. Damit wird eine neue Ära der Wissenschaft mit dem Sunyaev-Zel'dovich-Effekt eingeläutet", sagt Komatsu. "Aufgrund der Diskrepanz zwischen den Radio- und den Röntgenbeobachtungen gehen wir inzwischen davon aus, dass dieser Galaxienhaufen gerade eine gewaltige Verschmelzung erlebt, und wir denken, dass einer der Gasklumpen unglaublich heiß ist."

Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist die Reststrahlung des Urknalls und seine Radiowellen erreichen uns aus allen Richtungen. Wenn diese Strahlung das heiße Gas in einem Galaxienhaufen durchdringt, interagieren die Radiowellen mit energiereichen Elektronen im heißen Gas und gewinnen an Energie. Dadurch wird die Strahlung von Radiowellen zu einer höheren Energie hin verschoben. Von der Erde aus beobachtet, ist die Intensität des CMB im ursprünglichen Energiebereich rund um den Galaxienhaufen geringer. Dies wird als "Sunyaev-Zel'dovich-Effekt" bezeichnet, benannt nach Rashid Sunyaev, derzeit Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik, und Yakov Zel'dovich, die diesen Effekt als Erste im Jahr 1970 vorhersagten.

Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in insgesamt vier Fachartikeln, die in der Zeitschriften Nature und The Astrophysical Journal erschienen sind bzw. eingereicht wurden.

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siehe auch
Planck: Brücke aus heißem Gas verbindet Galaxienhaufen - 20. November 2012
XMM-Newton: Neuer Beobachtungsmodus, neue Entdeckungen - 7. Juni 2010
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Astrophysik
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