Warm bleibend: das heiße Gas in Galaxienclustern

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Falschfarben-Röntgenbild vom Kern des Virgo-Galaxienclusters. Die Strahlung kommt von sehr heißem Gas zwischen den Galaxien. Dieses Gas sollte abkühlen, aber es kühlt nicht ab. Eine neue Arbeit stellt eine sehr plausible Lösung für dieses langanhaltende Rätsel vor. Der Maßstab entspricht einer Länge von 50 Lichtjahren. NASA / Chandra X-ray Observatory

 

Die meisten Galaxien finden sich in Clustern, Gruppen von einigen wenigen bis zu Tausenden von Galaxien. Unsere Milchstraße selbst ist Mitglied der „Lokalen Gruppe“, einer Gruppe aus etwa fünfzig Galaxien, deren anderes großes Mitglied die rund 2.3 Millionen Lichtjahre entfernt gelegene Andromeda-Galaxie ist. Der am nächsten gelegene große Galaxiencluster ist der Virgo-Cluster, etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt mit ungefähr 2.000 Mitgliedern.

Der Raum zwischen den Galaxien in den Clustern ist mit sehr heißem Gas ausgefüllt – seine Temperatur liegt bei zehn Millionen Kelvin, oder sogar darüber. Die meiste Materie in diesem sogenannten Intraclustermedium liegt in Form dieses sehr heißen Gases vor. Heißes Gas sollte abkühlen und eines der großen Rätsel der Galaxiencluster besteht darin, daß sich das heiße Gas zwischen den Galaxien nicht abzukühlen scheint. Rechnungen, die auf der abgestrahlten Energie beruhen, deuten genau genommen darauf hin, daß sich das Gas ungefähr zehn Mal schneller als beobachtet abkühlen sollte. Röntgenbeobachtungen an dem heißen Gas lassen zudem den Schluß zu, daß es turbulent sein könnte und dies möglicherweise durch mechanische Materieströme verursacht wird, die von den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren der Clustergalaxien nach außen fließen. Diese erzeugen vielleicht sich ausdehnende Blasen an sich schnell bewegenden, geladenen Teilchen, die das Gas verwirbeln und heizen. Unglücklicherweise fehlt heutigen Röntgenbeobachtungen die Leistungsfähigkeit, die vermuteten Gasgeschwindigkeiten zu messen, um diese vorgeschlagene Lösung zu testen.

Ein Team aus Astronomen, darunter die Wissenschaftler Bill Forman und Alexey Vikhlinin vom CfA, hat einer neuen Methode den Weg bereitet, um die Turbulenz des heißen Gases zwischen den Galaxien abzuschätzen. Sie machten sich den Vorteil der hervorragend räumlich aufgelösten und empfindlichen Aufnahmen des Chandra-Röntgen-Observatoriums zunutze, um kleine, in den beiden Clustern Perseus und Virgo verteilte Materieklumpen zu untersuchen. Sie werteten die sich aus den Turbulenzen ergebenden Strukturen aus und schlossen daraus auf die erforderlichen turbulenten Geschwindigkeiten, wobei sie Werte von ungefähr 145 km/s herleiteten. Diese Geschwindigkeiten sind wohl geeignet, um das Gas über alle beobachteten Größenordnungen im Cluster aufzuheizen und könnten leicht durch Jets von Schwarzen Löchern erzeugt werden. Die Ergebnisse sind sehr ermutigend, wenn auch nicht endgültig, und führen zu der Erkenntnis, daß kein rätselhafter Mechanismus notwendig ist, um das fortwährend heiße Gas zu erklären.

Literatur:
„Turbulent Heating in Galaxy Clusters Brightest in X-rays“
I. Zhuravleva, E. Churazov, A. A. Schekochihin, S. W. Allen, P. Arévalo, A. C. Fabian, W. R. Forman, J. S. Sanders, A. Simionescu, R. Sunyaev, A. Vikhlinin & N. Werner
Nature Volume:
515, Pages:
85–87 Date published:
(06 November 2014)