Abell 1033: Um mutig in kollidierende Galaxienhaufen zu gehen.

In einer entfernten Galaxienhaufenkollision verbergen sich Gasfetzen, die dem Raumschiff Enterprise ähneln – einem legendären Raumschiff aus der „Star Trek“-Franchise.

Galaxienhaufen – kosmische Strukturen mit Hunderten oder gar Tausenden von Galaxien – sind die größten Objekte im Universum, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Multi-Millionen-Grad-Gas füllt den Raum zwischen den einzelnen Galaxien. Die Masse des heißen Gases ist etwa sechsmal größer als die aller Galaxien zusammen. Dieses überhitzte Gas ist für optische Teleskope unsichtbar, leuchtet aber in Röntgenstrahlen hell, so dass ein Röntgenteleskop wie das Chandra Röntgenobservatorium der NASA benötigt wird, um es zu untersuchen.

Durch die Kombination von Röntgenstrahlen mit anderen Lichtarten, wie beispielsweise Radiowellen, kann ein vollständigeres Bild dieser wichtigen kosmischen Objekte gewonnen werden. Ein neues Verbundbild des Galaxienhaufens Abell 1033 mit Röntgenstrahlen aus Chandra (violett) und Radioemission aus dem Niederfrequenz-Array (LOFAR) Netzwerk in den Niederlanden (blau) tut genau das. Die optische Emission aus der Sloan Digital Sky Survey wird ebenfalls dargestellt. Der Galaxienhaufen befindet sich etwa 1,6 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Anhand von Röntgen- und Radiodaten haben Wissenschaftler festgestellt, dass Abell 1033 tatsächlich zwei Galaxienhaufen im Prozess der Kollision ist. Dieses außerordentlich energetische Ereignis, das im Bild von oben nach unten stattfindet, hat Turbulenzen und Stoßwellen hervorgerufen, ähnlich wie Schallwellen, die von einer Ebene erzeugt werden, die sich schneller als die Schallgeschwindigkeit bewegt.

In Abell 1033 hat die Kollision mit einem weiteren energetischen kosmischen Prozess interagiert – der Erzeugung von Strahlen von Hochgeschwindigkeitspartikeln durch die Spirale von Materie zu einem supermassiven Schwarzen Loch, in diesem Fall einem in einer Galaxie in einem der Cluster. Diese Strahlen werden durch Radioemission auf der linken und rechten Seite des Bildes sichtbar. Die Radioemission wird durch Elektronen erzeugt, die sich um Magnetfeldlinien winden, ein Prozess, der als Synchrotronemission bezeichnet wird.

Die Elektronen in den Strahlen bewegen sich sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit. Als sich die Galaxie und ihr schwarzes Loch in Richtung des unteren Teils des Bildes bewegten, verlangsamte sich der Strahl auf der rechten Seite, als er in das heiße Gas in dem anderen Galaxienhaufen stürzte. Der Strahl auf der linken Seite verlangsamte sich nicht, weil er auf viel weniger heißes Gas traf, was den Jets ein verzerrtes Aussehen verlieh, anstatt auf die gerade Linie, die normalerweise zu sehen ist.

Dieses Bild von Abell 1033 ist auch ein Beispiel für „Pareidolie“, ein psychologisches Phänomen, bei dem bekannte Formen und Muster in ansonsten zufälligen Daten zu sehen sind. In Abell 1033 erzeugen die Strukturen in den Daten eine unheimliche Ähnlichkeit mit vielen der Darstellungen des fiktiven Raumschiffunternehmens von Star Trek.

In der astrophysikalischen Forschung zeigt eine detaillierte Bildstudie, dass die Energie der Elektronen im „Untertassenbereich“ und im Hals der raumschiffförmigen Radioemission in Abell 1033 höher ist als im Sternantrieb nach unten links (siehe Beschriftungen). Dies deutet darauf hin, dass die Elektronen wieder aktiviert wurden, vermutlich wenn die Strahlen mit Turbulenzen oder Stoßwellen im heißen Gas interagieren. Die energiereichen Elektronen, die die Radioemission erzeugen, verlieren normalerweise über zehn bis hundert Millionen Jahre lang erhebliche Mengen an Energie, wenn sie strahlen. Die Radioemission würde dann nicht mehr nachweisbar sein. Die in Abell 1033 beobachtete, sich über etwa 500.000 Lichtjahre erstreckende, stark erweiterte Radioemission impliziert jedoch, dass energiereiche Elektronen in größeren Mengen und mit höheren Energien vorhanden sind, als bisher angenommen. Eine Idee ist, dass die Elektronen durch zusätzliche Schock- und Turbulenzausbrüche einen weiteren Energieschub erhalten haben.

Weitere Quellen der Radioemission im Bild sind neben dem raumschiffförmigen Objekt die kürzeren Strahlen aus einer anderen Galaxie (bezeichnet als „short jets“) und ein „radio phoenix“, bestehend aus einer Elektronenwolke, die in der Radioemission verblasste, dann aber wieder aktiviert wurde, als Stoßwellen die Wolke zusammendrückten. Dadurch leuchtete die Wolke wieder bei Funkfrequenzen, wie wir bereits 2015 berichtet haben.

Das Team, das diese Studie durchgeführt hat, wird Beobachtungen mit Chandra und LOFAR nutzen, um nach weiteren Beispielen für kollidierende Galaxienhaufen mit verzerrter Radioemission zu suchen, um ihr Verständnis dieser energetischen Objekte zu verbessern.

Ein Papier, das dieses Ergebnis beschreibt, wurde in der Ausgabe vom 4. Oktober 2017 von Science Advances veröffentlicht.

Mehr Informationen:
Francesco de Gasperin et al. Sanfte Reaktivierung von Elektronen in fusionierenden Galaxienhaufen, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.1701634

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