|
Das kosmische Gas am Rand von Galaxienhaufen
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
astronews.com
6. Mai 2026
Mithilfe von Daten des Röntgenteleskops eROSITA gelang ein
entscheidender Fortschritt bei der Kartierung baryonischer Materie im Universum.
So konnte heißes, durch Stoßprozesse aufgeheiztes Gas nachgewiesen werden, das
sich weit über die bislang untersuchten Grenzen von Galaxienhaufen hinaus
erstreckt. Dies liefert wichtige Hinweise auf den Wachstumsprozess großräumiger
Strukturen.
Röntgenaufnahmen der großräumigen Umgebung
eines Galaxienhaufens in der IllustrisTNG-Simulation
zeigen, wie die äußere Atmosphäre des Haufens,
jenseits von r_200m, über kosmische Filamente mit
anderen Halos verbunden ist.
Bild: Xiaoyuan
Zhang / MPE, basierend auf IllustrisTNG
Simulationen [Großansicht] |
Die jetzt vorgestellte und von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des
Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) geleitete Studie
untersucht gezielt die äußersten Regionen von Galaxienhaufen – Bereiche, die
bislang nur schwer zugänglich waren. Die Ergebnisse zeigen, wie sich heißes Gas
in und um diese Randzonen verteilt, und liefern Einblicke in die physikalischen
Bedingungen in der Umgebung einiger der massereichsten Strukturen im Universum.
Galaxienhaufen zählen zu den größten gravitativ gebundenen Systemen im
Universum. Sie umfassen Hunderte bis Tausende von Galaxien, die in ausgedehnte
Halos aus dunkler Materie eingebettet sind und von heißem, diffusem Plasma
durchdrungen werden. Der Übergang zwischen einem Haufen und dem umgebenden
kosmischen Netz – einem Geflecht aus Gasfilamenten, das großräumige Strukturen
miteinander verbindet – blieb jedoch lange Zeit unzureichend charakterisiert.
In den vergangenen fünf Jahrzehnten haben Röntgen-Weltraumteleskope gezeigt,
dass Galaxienhaufen ausgedehnte thermische Atmosphären mit Temperaturen von
mehreren zehn Millionen Kelvin und räumlichen Ausdehnungen von mehreren
Millionen Lichtjahren besitzen. Die tatsächliche Ausdehnung dieser Atmosphären
blieb jedoch unklar, da ihre Röntgenhelligkeit mit zunehmender Entfernung vom
Haufenzentrum stark abnimmt. Durch das "Stacking" von Röntgendaten aus 680
Galaxienhaufen verstärkte das Team gezielt das schwache Emissionssignal aus
diesen Randbereichen. Auf diese Weise gelang der Nachweis eines statistisch
signifikanten Röntgensignals, das sich bis zu 4,5 Megaparsec (etwa 14 Millionen
Lichtjahre) erstreckt – deutlich über den Virialradius hinaus, der üblicherweise
als Grenze des Haufens definiert wird.
"Die Beobachtungstiefe für ein einzelnes Objekt ist gering, jedoch deckt die
Durchmusterung die gesamte westliche galaktische Hemisphäre ab. Durch die
Auswahl von 680 Galaxienhaufen im nahen Universum und deren Kombination konnten
wir ein Oberflächenhelligkeitsprofil mit außergewöhnlich hohem
Signal-Rausch-Verhältnis bestimmen", erläutert Xiaoyuan Zhang, Postdoktorand am
MPE. "Beobachtungen konzentrierten sich bislang vor allem auf die Zentren von
Galaxienhaufen, da die Signale aus den Außenbereichen sehr schwach sind. Umso
bedeutender ist es, dass wir nun die äußersten Regionen untersuchen können –
Bereiche, die wesentliche Informationen über die grundlegende Physik von Gas und
dunkler Materie liefern", ergänzt Benedikt Diemer, Assistenzprofessor an der
Universität von Maryland.
Mithilfe der kosmologischen IllustrisTNG-Simulationen, die am
Max-Planck-Institut für Astrophysik entwickelt wurden, zeigte das Team, dass das
Gas in der Umgebung von Galaxienhaufen anisotrop verteilt ist. Entlang
kosmischer Filamente – großräumiger Strukturen, die Materie im Universum
verbinden – ist die Gasdichte deutlich erhöht, während sie in den
dazwischenliegenden, unterdichten Voids stark reduziert ist. Dies weist darauf
hin, dass Galaxienhaufen Materie bevorzugt entlang dieser filamentären
Strukturen aus dem kosmischen Netz akkretieren.
"Seit Langem suchen Astronominnen und Astronomen nach den 'fehlenden
Baryonen' des Universums – jener gewöhnlichen Materie, die nach kosmologischen
Modellen vorhanden sein müsste, sich jedoch nur schwer nachweisen lässt", so
Esra Bulbul, Forschungsgruppenleiterin am MPE. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass
die Gasmenge in den äußeren Randbereichen von Galaxienhaufen etwa 90 Prozent des
erwarteten Werts erreicht, der sich aus der mittleren Materiedichte des
Universums ergibt. Dies deutet darauf hin, dass ein Großteil dieser 'fehlenden'
Materie tatsächlich vorhanden ist, jedoch in den ausgedehnten, heißen und
dynamisch komplexen Außenregionen verborgen bleibt. Damit liefern unsere
Ergebnisse wichtige Hinweise sowohl auf das Wachstum von Galaxienhaufen als auch
auf die Physik des intergalaktischen Gases."
Die Studie zeigt zudem, dass der eROSITA-All-Sky-Survey über seine hohe
Sensitivität für die Detektion von Quellen hinaus auch die Untersuchung extrem
schwacher Emission ermöglicht – bis hinunter zu weniger als einem Prozent des
Himmelshintergrunds –, wenn Stacking-Methoden eingesetzt werden.
Das Instrument eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope
Array) ist das Hauptteleskop an Bord der russischen Spektr-RG-(SRG)-Mission. Es
wurde entwickelt, um die bislang empfindlichste Röntgen-Himmelsdurchmusterung
durchzuführen. Ziel ist es, Millionen aktiver galaktischer Kerne und
Galaxienhaufen zu kartieren und damit die Entwicklung der großräumigen Struktur
des Universums sowie die Natur der Dunklen Energie zu untersuchen. Wegen des
Angriffskriegs Russlands auf die Ukraine ist das Teleskop in einen Schlafmodus
versetzt worden, die Kooperation zwischen den deutschen und russischen
Wissenschaftlern wurde ausgesetzt.
Die Ergebnisse des Teams wurden jetzt in der Zeitschrift Astronomy &
Astrophysics veröffentlicht.
|
