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Non-Equilibrium Processes in Galaxy Clusters

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Galaxienhaufen im Ungleichgewicht

Galaxienhaufen gelten als die größten schwerkraftgebundenen Objekte im Universum. EU-finanzierte Astrophysiker untersuchten die verfügbare Fülle von Beobachtungen, um die Bedeutung dynamischer Prozesse bei deren Evolution zu bestätigen.

Industrielle Technologien

In Galaxienhaufen werden Hunderte bis Tausende von Galaxien durch die Schwerkraft zusammengehalten. Diese Ansammlungen sind so groß, dass das Gefüge der Raumzeit gestört wird. Dem aktuellen Verständnis nach, dauert es für die Bildung dieser massiven astrophysikalischen Objekte Milliarden von Jahren und das Wachstum erfolgt über eine Akkretion von Masse aus dem umgebenden Intracluster-Medium (intracluster medium, ICM). Es wird angenommen, dass das akkretierte Gas sich in großen Schockwellen rund um die Cluster erwärmt und verlangsamt. Die EU-geförderten Astrophysiker machten die Signatur einer solchen Welle aus, die um einen der Erde nahegelegenen, reichhaltigen Cluster verläuft, den Coma-Haufen, der etwa 100 Megaparsec von der Erde entfernt ist. Im Rahmen des Projekts NEPAL (Non-equilibrium processes in galaxy clusters) entdeckten die Astrophysiker über Beobachtungen mit dem VERITAS-Teleskop (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) die Gammastrahlen-Signatur der Welle. Dieses lang ersehnte Detektionsinstrument ermöglicht eine neue kosmologische Beprobung des ICM. Im Gegensatz zu Gas, welches aus dem ICM akkretiert, wird damit gerechnet, dass sich Gas im Zentrum von Galaxienhaufen im Laufe der Zeit abkühlt, wodurch ein Gasstrom entsteht, der kalt genug ist, um zu kondensieren und neue Sterne zu bilden. Das NEPAL-Team konnte über hochauflösende Röntgenbilder die Kaltfront innerhalb des Kerns identifizieren und teilweise noch weiter vordringen. Insbesondere die Scherströmung unterhalb der Kaltfronten kann die starken Magnetfelder erzeugen, die erforderlich sind, um diese gegenüber Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten zu stabilisieren. Solche durch Scherströmung induzierten Magnetfelder wurden in der Vergangenheit in Computersimulationen reproduziert. Ihre Existenz war jedoch unbestätigt geblieben. Die Erkenntnisse des NEPAL-Projekts warfen ein neues Licht auf den kälteren Kern von Galaxienhaufen, in denen alte Galaxien sitzen und in denen nur wenige neue Sterne geboren werden. Nachfolgestudien mit Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen ermöglichten eine umfassendere Sicht auf die intergalaktische Materie. Alle NEPAL-Resultate bestätigen zudem die Bedeutung dynamischer Prozesse für die Evolution von Galaxienhaufen. Insbesondere erweiterte Spiralströmungen sind eng mit der Kernstruktur der Cluster verbunden. Die Forschungsarbeit zur Entwicklung eines konsistenten Modells für die kalten Kerne, welches auf neuen analytischen und nummerischen Instrumenten basiert, ist noch im Gange.

Schlüsselbegriffe

Galaxienhaufen, Intracluster-Medium, Schockwellen, NEPAL, Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten, Computersimulationen

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