Untersuchung der Entstehung von Galaxieclustern

Das Röntgenteleskop XMM-Newton der ESA erlaubt es Astronomen die Entstehungsgeschichte von ganzen Galaxieclustern zu studieren. Untersuchungen dieser größten Strukturen des Universums verhelfen Astronomen zu einem besseren Verständnis für die Vorgänge zwischen Galaxien in der Vergangenheit und in der Zukunft.

Ein Beitrag von Claudia Michalecz. Quelle: ESA.

Zu verstehen wie sich diese massiven Objekte bilden ist der Schlüssel um die Vergangenheit und die Zukunft des Universums zu verstehen. Wissenschafter bauen ihr Model der Entwicklung des Kosmos auf strukturierte Bildung auf. Dabei sollen sich kleinere Strukturen zuerst gebildet haben und anschließend aus ihnen dann größere astronomische Objekte.
Galaxieanhäufungen sind die Größten und Jüngsten der bekannten Objekte des Universums. Sie haben viele Eigenschaften, welche sie als große, astrophysikalische Laboratorien auszeichnen. Beispielsweise sind sie wichtige Zeugen des Bildungsprozesses und wichtige Orte um kosmische Modelle zu testen. Um kosmische Modelle erfolgreich testen zu können, muss mit einem guten Beobachtungssinn und Verständnis, der dynamischen Struktur der unterschiedlichen Galaxiecluster, gearbeitet werden.

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Dieses Röntgenbild zeigt den Cluster RXCJ0658.5-5556. Die dunkelblauen Regionen nahe dem Zentrum ist der Kern eines Subclusters, welcher durch den Hauptcluster fliegt. Dieser Cluster hat eine geringe Entropie, welche immer noch sichtbar ist. Der Pfeil markiert ein eine sehr dramatische Entropieanreicherung, wo das Gas aufgeheizt wurde. [Quelle: ESA]

Beispielsweise muss bekannt sein wie viele Anhäufungen voll entwickelt sind. Auch wichtig ist zu wissen, welche einen reichlichen Zuwachs an Masse durchgemacht haben und welche sich in dem Stadium von Kollision und Verschmelzung befinden. Zusätzlich wird die präzise Masse für die kosmischen Studien benötigt.

Der am leichtesten zu sehende Teil eines Galaxieclusters, die Sterne in den Galaxien, macht nur einen kleinen Bruchteil des Gesamtteils einer Anhäufung aus. Das meiste untersuchbare Material besteht aus heißem Gas (10 bis 100 Millionen Grad) welches von der Anziehungskraft gefangen ist. Dieses Gas ist für das menschliche Auge nicht erkennbar, durch ihre hohe Temperatur kann es durch die abgegebene Röntgenstrahlung festgestellt werden.

Zu diesem Zeitpunkt beginnt XMM-Newtons Arbeit. Durch Sammlung von Photonenkraft und die Fähigkeit von räumlich vernehmbarer Spektroskopie ermöglichte XMM-Newton den Wissenschaftlern die Studien sehr effizient zu verbessern. Als Ergebnis können nun nicht nur mehr einzelne Objekte untersucht werden, sondern sogar alle repräsentativen Stichproben routinemäßig unter die Lupe genommen werden.Aus mehreren Röntgenstrahlbildern, mit unterschiedlichen Röntgenenergiebändern, welche als unterschiedliche Röntgenfarben interpretiert werden können, erstellt XMM-Newton eine Kombination. Anschließend macht es spektroskopische Messungen von verschiedenen Regionen in der Anhäufung.

Während die Helligkeit der Bilder Aufschluss über die Gasintensivität gibt, sind die Farben und Spektren ein Hinweis auf die Temperatur innerhalb des Gases. Durch die beiden Parameter Temperatur und Dichte, können die physikalisch wichtigen Parameter Druck und “Entropie” bestimmt werden. Entropie ist die Messung der Geschichte von Erwärmung und Kühlung des physikalischen Systems. Entropy hat die einzigartige Eigenschaft durch radioaktive Abkühlung abzunehmen und während einem Erwärmungsprozess anzusteigen. Bei Zusammenpressung oder Ausdehnung bleibt der Wert jedoch konstant. Letzteres stellt sicher, dass ein Hinweis auf die jede Erwärmung oder Abkühlung erhalten bleibt, auch wenn das Gas nachträglich seinen Druck ohne Wärmeverlust ändert.

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