Kosmische Beulen auf kosmischen Riffeln

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Abell 1689, einer der massereichsten Galaxiencluster, von denen man Kenntnis hat. Das heiße Gas in diesem und anderen Galaxienclustern verzerrt die Form der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (der „SZ-Effekt“) und mit dem Südpol-Teleskop gewonnene, heikle neue Ergebnisse auf Grund dieser Verzerrungen bestätigen und entwickeln bisherige Schlüsse weiter, obwohl einige rätselhafte Unstimmigkeiten erkannt worden sind. NASA, Benitez, Broadhurst, Ford, Clampin, Hartig, Illingworth, ACS Science Team and ESA

 

1969 erkannten die Astrophysiker Rashid Sunyaev und Jakow Zeldowitsch, daß die damals kurz zuvor entdeckte kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (cosmic microwave background radiation = CMBR) durch heißes kosmisches Gas verzerrt werden würde. Heiße Elektronen in dem intergalaktischen Medium streuen das Licht bevorzugt in eine Richtung und verursachen eine Helligkeitsänderung der CMBR in Richtung von Galaxienclustern, wo Elektronen vermehrt auftreten sollten. Sie zeigten, daß der Effekt die Natur der CMBR, die großräumige Struktur des Universums, kosmologische Größen wie die Hubble-Konstante und physikalische Bedingungen in Galaxienclustern offenlegen würde.

Der Effekt, heute als Sunyaev-Zeldowitsch-Effekt (SZE) bekannt, wurde nach langer Suche zum ersten Mal 1978 aufgespürt. Sowohl im Weltraum stationierte als auch erdgebundene Teleskope, einschließlich dem Satelliten Planck, dem Südpol-Teleskop (SPT) und anderen haben mittels des SZE neue Kataloge von Galaxienclustern erstellt. Die CfA-Astronomen Matt Ashby, Matt Bayliss, Richard Foley, Christine Jones, Steve Murray, Brian Stalder, Tony Stark und Alexey Vikhlinin waren Mitglieder einer großen Arbeitsgruppe, die mit dem SPT SZE-Merkmale von sechsundvierzig über Röntgenlicht ausgewählten Galaxiengruppen und Galaxienclustern untersuchten. Die Röntgenbeobachtungen gehören zu den empfindlichsten, die je für die Suche nach Clustern durchgeführt wurden; der bis heute entfernteste gemessene Galaxiencluster stammt aus einer kosmischen Epoche, die auf sechs Milliarden Jahre nach dem Urknall datiert wird.

Die Gruppe berichtet von einer im Allgemeinen sehr guten Übereinstimmung zwischen den von ihnen und auf anderen Wegen gemessenen kosmologischen Parametern, insbesondere mit den neuesten Ergebnissen aus der Untersuchung der CMBR mit dem Satelliten Planck. Doch ist die Übereinstimmung nicht perfekt: das Team berichtet über ein unerwartet schwaches SZE-Signal bei nicht so massereichen Galaxienclustern. Obwohl sie verschiedene mögliche Fehlerquellen für die Meßwerte identifizierten und vermessen haben, ist der Unterschied nicht leicht zu erklären. Sie schlagen als Lösung vor: Staub innerhalb der Cluster schwächt das SZE-Signal ab. Bis jetzt bleibt der Grund hierfür allerding unbekannt; dieses Rätsel wird in nachfolgenden, tieferen und empfindlicheren SZE-Beobachtungen in Angriff genommen, die mit dem SPT geplant sind.

Literatur:
„Analysis of Sunyaev–Zel’dovich Effect Mass–Observable Relations Using South Pole Telescope Observations of an X-ray Selected Sample of Low-Mass Galaxy Clusters and Groups“
J. Liu et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 448, 2085–2099 (2015)