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Galaxienhaufen, gefangen im kosmischen Netz - Modelle zur Entwicklung unseres Universums durch neuestes Röntgenteleskop bestätigt.

Mehr als die Hälfte der Materie in unserem Universum entzog sich bislang unserem Blick. Astrophysiker hatten allerdings eine Vermutung, wo sie sich befinden könnte: in sogenannten Filamenten, unvorstellbar langen Strukturen aus heißem Gas, die Galaxien und Galaxienhaufen umgeben und miteinander verbinden. In Computer-Simulationen von Dr. Veronica Biffi und PD Dr. Klaus Dolag, vom Exzellenzcluster ORIGINS und der LMU, ähneln diese Filamente aus heißem Gas frappierend dem Filament von 50 Millionen Lichtjahren Länge, das ein Team unter Federführung der Universität Bonn nun erstmals mit dem Weltraumteleskop eROSITA beobachtet hat. Während die Beobachtung damit Vorstellungen von der Entstehung und Entwicklung unseres Universums bestätigt, erlauben die Simulationen, die Ergebnisse die in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen sind, zu interpretieren und die Entstehung dieser Strukturen zu beleuchten.

Standbild aus der Magneticum Simulationsberechnung, die die Verteilung heißen Gases zeigt (links), im Vergleich mit der eROSITA-Röntgenaufnahme des Abell 3391/95-Systems (rechts); (c) Reiprich et al., Astronomy & Astrophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/202039590

Dargestellt ist eine 15 Megaparsec große Region des analogen Gegenstücks des A3391/95 Systems aus der Magneticum-Simulation. Die verschiedenen Linien zeigen, wie das Material der beiden Galaxienhaufen (rot und gold) und der dazwischen liegenden Brücke (blau) in den letzten zehn Milliarden Jahren zusammengeführt wurde. (c) V. Biffi und K. Dolag (LMU). [Auf das Bild klicken um die Simulation im dreidimensionalen Raum zu sehen.]

Wir verdanken unsere Existenz einer winzigen Unregelmäßigkeit. Vor fast genau 13,82 Milliarden Jahren begann alles mit dem "Urknall": dem Beginn von Raum und Zeit, aber auch von allem, was unser heutiges Universum ausmacht. Dies war zunächst an einem Punkt konzentriert, dehnte sich dann aber rasend schnell zu einer gigantischen Gaswolke aus, in der die Materie fast gleichmäßig verteilt war - fast, aber nicht vollständig. An einigen Stellen war die Wolke etwas dichter als an anderen. Und allein deshalb gibt es heute Planeten, Sterne und Galaxien: die dichteren Regionen übten etwas stärkere Gravitationskräfte aus und zogen das Gas aus ihrer Umgebung an. Auf diese Weise begann sich eine komplexe, großräumige Struktur zu bilden, in der sich immer mehr Materie in Schichten, dünnen Fäden und Kreuzungspunkten konzentrierte, während der Raum dazwischen immer leerer wurde - alles in allem ähnlich einem Schwamm. So hat sich in den letzten 13 Milliarden Jahren die großräumige Struktur in unserem Universum entwickelt, bei der sich Galaxien auf sehr kleinem Raum tummeln (so genannte Galaxienhaufen), welche durch feine, spinnennetzartige Strukturen (so genannte Filamente), verbunden sind, mit großen "Löchern" ohne Materie dazwischen.

Feines Gespinst aus Gasfäden

Wenn sich unser Universum wirklich so entwickeln hat, dann wären die Galaxien und Galaxienhaufen heute immer noch durch Reste dieses Gases verbunden, die wie dünnen Fäden eines Spinnennetzes das Universum durchdringen. Nach theoretischen Vorhersagen befindet sich voraussichtlich mehr als die Hälfte aller baryonischen Materie in diesem Gespinst. Trotzdem hat es sich uns bisher, aufgrund seiner extremen Verdünnung von nur zehn Atomen pro Kubikmeter, welche selbst das beste Vakuumexperiment auf der Erde nicht erreichen könnte, unseren Blicken entzogen. Unter Verwendung des eROSITA Weltraumteleskops konnte nun, mit den neuesten Beobachtungen von Reiprich und seinen Kollegen, dieses dünne Gas zum ersten Mal umfassend sichtbar gemacht werden. Bei dem eROSITA Weltraumteleskop handelt es sich um ein Röntgenteleskop, dessen Detektoren besonders empfindlich auf die Art Röntgenstrahlung, die vom Gas in kosmischen Filamenten emittiert wird, reagiert. Mit seinem großen Sichtfeld kann es außerdem einen relativ großen Teil des Himmels mit hoher Auflösung in einer einzigen Messung abbilden. Infolgedessen können detaillierte Bilder, insbesondere von so großen Objekten wie den intergalaktischen Filamenten, in relativ kurzer Zeit aufgenommen werden.

Interpretation und Bestätigung aus kosmologischen Simulationen

In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler ein Himmelsobjekt namens Abell 3391/95. Das Abell 3391/95 System umfasst drei Galaxienhaufen und ist ungefähr 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Die eROSITA-Bilder zeigen nicht nur die Galaxienhaufen und zahlreiche einzelne Galaxien, sondern auch die Gasfilamente, mit denen diese verbunden sind. Das gesamte Filament ist 50 Millionen Lichtjahre lang und ein Teil davon scheint die beiden Hauptteile von Abell 3391/95 zu verbinden.

„Die neuen eROSITA-Bilder des beobachteten Systems ähneln bemerkenswert den Ergebnissen unserer kosmologischen Simulationen“, erklärt PD Dr. Dolag. In den an der Universität Sternwarte in München entwickelten Magneticum Simulationen fanden Dr. Biffi und PD Dr. Dolag ein sehr ähnliches Paar von Galaxienhaufen, die durch warmes Gas in einem brückenartigen Filament verbunden sind und mit vielen anderen umgebenden Objekten in eine viel größere Filamentstruktur eingebettet sind. Die Computersimulationen bestätigen dabei, dass solch lange Filamente, die sich über große Bereiche des Raumes erstrecken, eine erhebliche Menge an verdünntem Gas enthalten. "Unsere Simulationen zeigen auch, dass sich andere Gruppen und Galaxienhaufen entlang der Filamente auf derartige Knotenpunkte, wie es das A3391/95 System darstellt, zubewegen", erklären die Wissenschaftler. Diese Studien können in einzigartiger Weise dazu beitragen, den Ursprung und die Entwicklung dieses Galaxienhaufenpaares und des Filaments und die besonderen Eigenschaften des Gases innerhalb dieser Strukturen zu erklären: "Das extrem verdünnte und kältere Gas im Filament scheint aus vergleichsweise unterschiedlichen Richtungen zu kommen, fast nahezu orthogonal zu dem heißeren Gas innerhalb der Galaxienhaufen", erklärt Dr. Biffi, „und die Entwicklung seiner Eigenschaften scheint in den letzten zehn Milliarden Jahren ebenfalls vergleichsweise verschieden verlaufen zu sein."


Weitere Informationen:
Webseite der Magneticum Simulationen [extern]
Webseite des Exzellenzclusters ORIGINS
Gesammelte Informationen, weitere Pressemeldungen, etc. rund um das Abell 3391/3395 System [extern]


Kontakt:
Dr. Veronica Biffi
University Observatory of the Ludwig-Maximilians-Universität Munich
Scheinerstraße 1, Munich, Germany
Tel: +49 (0) 89 2180 6968
E-Mail: biffi(at)usm.lmu.de

PD Dr. Klaus Dolag
University Observatory of the Ludwig-Maximilians-Universität Munich
Excellence Cluster ORIGINS
Scheinerstraße 1, Munich, Germany
Tel: +49 (0) 89 2180 5994
E-Mail: dolag(at)usm.lmu.de

Prof. Dr. Thomas Reiprich
Argelander-Institut für Astronomie (AIfA)
Universität Bonn
Tel. +49 228 73-3642
E-mail: reiprich(at)astro.uni-bonn.de