Der „Zahnbürsten”-Cluster (Originalartikel vom 22.12.2017)

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Bei mehreren Wellenlängen gewonnenes Falschfarbenbild vom „Toothbrush“-Galaxiencluster („Zahnbürsten“-Galaxiencluster), 1RXS J0603.3+4214. Rot gibt die Stärke der Radiostrahlung, blau die Stärke der Röntgenstrahlung wieder und die Zusammensetzung der Hintergrundfarben resultiert aus der optischen Strahlung. Astronomen, die mit neuen Radiobeobachtungen und kombiniert mit anderen Wellenlängen den Cluster untersuchten, sind in der Lage gewesen, die Vorstellung von verschmelzenden Galaxien zu bestätigen und die Stärke des Magnetfeldes in den Schockwellen abschätzen. van Weeren et al.

Die meisten Galaxien liegen in Clustern, Ansammlungen von einigen wenigen bis zu Tausenden Objekten. Unsere Milchstraße beispielsweise gehört zu einem Cluster von etwa fünfzig Galaxien, den man „Lokale Gruppe“ nennt und deren anderes großes Mitglied die Andromeda-Galaxie ist, etwa 2.3 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Galaxiencluster sind die massereichsten, durch die Schwerkraft aneinander gebundenen Objekte im Universum und bilden sich (nach heutiger Vorstellung) von „unten nach oben“, wobei sich kleinere Strukturen zuerst entwickeln und sich größere Gruppen später in der kosmischen Geschichte zusammenfinden. Dunkle Materie spielt bei diesem Wachstumsprozeß eine wichtige Rolle. Wie genau die Cluster wachsen, scheint jedoch von mehreren, miteinander konkurrierenden physikalischen Prozessen, darunter das Verhalten des Intraclustergases, abhängig zu sein. Dieses Gas hat mehr Masse als alle Sterne der Galaxien eines Clusters zusammen und kann eine Temperatur von zehn Millionen Kelvin und noch höher erreichen. Folglich spielt das Gas eine wichtige Rolle in der Entwicklung des Clusters. Im heißen Intraclustergas kommen sich sehr schnell bewegende, geladene Teilchen vor, die im Radiolicht intensiv strahlen und offenbaren dabei manchmal lange filamentartige Strukturen.

Der „Toothbrush“-Galaxiencluster, 1RXS J0603.3+4214, besitzt drei solcher Radiostrukturen und einen riesigen Halo. Die hervorstechendste Radiobesonderheit erstreckt sich über mehr als sechs Millionen Lichtjahre, mit drei ausgeprägten Bestandteilen, die der Bürste und dem Griff einer Zahnbürste gleichen. Der Griff ist besonders rätselhaft, da er abgesehen davon, groß und äußerst gerade zu sein, seitlich versetzt von der Achse des Clusters liegt. Der Halo ist vermutlich das Resultat von Turbulenzen, hervorgerufen durch die Verschmelzung von Galaxien, auch wenn einige andere Möglichkeiten in Betracht gezogen worden sind.

Die Astronomen Reinout van Weeren, Bill Forman, Felipe Andrade-Santos, Ralph Kraft und Christine Jones vom CfA nutzten mit Kollegen die Anlage des Very Large Array (VLA), um die relativistischen Teilchen im Toothbrush-Cluster mit genauer, empfindlicher Radiobildgebung zu beobachten. Diese Daten verglichen sie dann mit Chandra-Röntgen- und anderen Datensätzen. Im Radiobereich hat die Zahnbürste einen sehr schmalen Ausläufer, hervorgerufen durch eine gewaltige Schockwelle infolge der Verschmelzung und mindestens zweiunddreißig zuvor nicht entdeckte verdichtete Quellen. Die räumlichen Strukturen des Halos im Radio- und Röntgenlicht sind sich sehr ähnlich und stützen die Idee einer Verschmelzung. Die Astronomen können auch die Stärke des Magnetfeldes veranschlagen und, in Verbindung mit anderen Ergebnissen, diese heranziehen um zum Schluß zu kommen, daß das Verschmelzungsszenario am geeignetsten ist, alle Daten zu erklären.

Literatur:
„Deep VLA Observations of the Cluster 1RXS J0603.3+4214 in the Frequency Range 1-2 GHz“
K. Rajpurohit, M. Hoeft, R. J. van Weeren, L. Rudnick, H. J. A. Röttgering, W. R. Forman, M. Brüggen, J. H. Croston, F. Andrade-Santos, W. A. Dawson, H. T. Intema, R. P. Kraft, C. Jones, and M. James Jee
Accepted for publication in The Astrophysical Journal 23 pages, 21 figures

oder

arXiv: 1712.01327v1 [astro-ph.GA]

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