Astronomen, die das ALMA-Array in Chile nutzten, haben einen Haufen namens SPT2349-56 identifiziert, der zu einer Zeit beobachtet wurde, als das Universum noch jung war. Dieser Haufen vereint über 30 Galaxien in einem kompakten Volumen, ähnlich der Größe des Halos unserer Milchstraße. Seine ungewöhnliche Dichte und Hitze haben die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft erregt.
Eine künstlerische Darstellung des Galaxienhaufens im sehr jungen Universum. Er enthält etwa 30 Galaxien, davon drei mit supermassereichen Schwarzen Löchern, und ist mit extrem heißem Gas gefüllt.
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Die größte Überraschung ist die Temperatur des Gases, das den Haufen füllt, das sogenannte Intracluster-Medium. Dieses Gas ist mindestens fünfmal heißer als die theoretischen Vorhersagen und erreicht Werte, die diejenigen in vielen heutigen Haufen übertreffen. Dazhi Zhou, Hauptautor der Studie, äußerte sein Erstaunen über diese frühe Hitze, die auf eine schneller als erwartet verlaufende Entwicklung hindeutet.
Um diese Temperatur zu messen, griffen die Forscher auf den Sunyaev-Zeldovich-Effekt zurück. Dieses Phänomen erlaubt es nachzuweisen, wie Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung, dem Nachglühen des Urknalls, mit den Elektronen des Intracluster-Mediums wechselwirken. Je heißer das Gas ist, desto mehr Energie übertragen die Elektronen auf die Photonen, was eine beobachtbare Signatur in den astronomischen Daten hinterlässt.
Andere frühe Haufen, wie z660D oder A2744z7p9OD, wurden zu noch älteren Epochen entdeckt. Sie werden jedoch als Protocluster bezeichnet, da sie noch nicht stabil gravitativ gebunden sind. Im Gegensatz dazu weist SPT2349-56 bereits eine überhitzte Atmosphäre auf, was zeigt, dass seine Entwicklung beschleunigt verlief und etablierte Modelle durcheinanderbringt.
Darüber hinaus ist die Sternentstehung in diesem Haufen extrem intensiv. Die Mitgliedsgalaxien produzieren Sterne mit einer Rate, die fünftausendmal höher ist als die unserer Milchstraße. Diese hektische Aktivität, gekoppelt mit der Anwesenheit supermassereicher Schwarzer Löcher, könnte zur ungewöhnlichen Hitze im Intracluster-Medium beitragen.
Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven auf die Entstehung und Erwärmung von Galaxienhaufen. Die Astronomen versuchen nun, die Wechselwirkungen zwischen Sternentstehung, Schwarzen Löchern und der überhitzten Atmosphäre zu verstehen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und bieten einen neuen Blick auf das junge Universum.
Der Sunyaev-Zeldovich-Effekt
Der Sunyaev-Zeldovich-Effekt ist ein Schlüsselphänomen in der Kosmologie zur Untersuchung von Galaxienhaufen. Er tritt auf, wenn Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung, der Reststrahlung des Urknalls, das heiße Gas eines Haufens durchqueren. Durch die Wechselwirkung mit den Elektronen dieses Gases gewinnen die Photonen an Energie, was ihre Frequenz leicht verändert.
Diese Veränderung ermöglicht es Astronomen, die Temperatur des Intracluster-Mediums indirekt zu messen, ohne das Gas direkt beobachten zu müssen. Der Effekt ist besonders nützlich, um entfernte Haufen zu entdecken, da er nicht von ihrer Entfernung abhängt, sondern nur von der Dichte und der Hitze des Gases.
In der Praxis nutzen Teleskope wie ALMA oder Observatorien, die auf die kosmische Hintergrundstrahlung spezialisiert sind, diesen Effekt, um die Verteilung von Haufen im Universum zu kartieren. Dies hilft zu verstehen, wie sich kosmische Strukturen gebildet und im Laufe der Zeit entwickelt haben.
Die Anwendung des Sunyaev-Zeldovich-Effekts auf SPT2349-56 offenbarte eine außergewöhnlich hohe Temperatur und bestätigte, dass dieser Haufen ein Sonderfall in der kosmischen Geschichte ist.