Der Coma-Cluster aus mehr als 1.000 Galaxien erstrahlt in diesem neuen Bild der leistungsstarken Dark Energy Camera (DECam), die sich im vier Meter großen Victor M. Blanco-Teleskop am Interamerikanischen Observatorium Cerro Tololo in Chile befindet.
Der Coma-Galaxienhaufen liegt etwa 321 Millionen Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Coma Berenices und hat in unserer Erforschung der Dunklen Materie einen bedeutenden Eindruck hinterlassen. Im Jahr 1937 fand der Caltech-Astronom Fritz Zwicky innerhalb dieses Clusters erstmals Beweise für die Existenz dunkler Materie. Er bemerkte, dass sich die Galaxien im Galaxienhaufen schneller bewegten, als es das von der gesamten sichtbaren Materie des Galaxienhaufens erzeugte Gravitationsfeld zulassen sollte. Tatsächlich bewegten sich die Galaxien so schnell, dass sie eigentlich direkt aus dem Galaxienhaufen hätten herausfliegen und in den Weltraum entkommen sollen. Zwicky folgerte daraus, dass im Coma-Cluster eine erhebliche Menge unsichtbarer oder „dunkler“ Materie vorhanden sein muss, doch seine damaligen Ideen galten als zu radikal.
Erst in den späten 1960er und frühen 1970er Jahren, als Vera Rubin und Kent Ford systematisch Hinweise auf dunkle Materie in Galaxien fanden, indem sie deren Rotationskurven untersuchten – also wie schnell sich Sterne und Gas in diesen Galaxien bewegen –, machten Astronomen ernst über dunkle Materie.
Heute wissen wir, dass 90 % der Masse des Coma-Clusters aus mysteriöser dunkler Materie bestehen.
Seit diesen frühen Meilensteinen der Dunklen Materie hat eine Kombination aus Beobachtungen und Theorie auch zum Standardmodell der Kosmologie geführt, das ein Universum darstellt, das von einem kosmischen Netz aus Dunkler Materie durchzogen und mit normaler Materie in Form von Gas und Staub durchzogen ist. Galaxien neigen dazu, sich entlang der Filamente dieses Netzes zu bilden, und an den Knoten des Netzes, wo die Filamente miteinander verbunden sind, finden wir Galaxienhaufen.
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Eine Studie aus dem Jahr 2020 eines Teams unter der Leitung von Nicola Malavasi von der Ludwig-Maximilians-Universität in Deutschland ergab, dass der Coma-Cluster mit drei separaten Filamenten des kosmischen Netzes verbunden ist, wobei zwei der Filamente besonders hervorstechen. Dunkle Materie, Gas und sogar ganze Galaxien strömen entlang der Filamente und fallen in den Coma-Cluster, wo die Filamente aufeinandertreffen. Eines der Filamente befindet sich auf der Westseite (aus unserer Sicht am Himmel gesehen) des Clusters und fällt mit einer Röntgenstrahlung zusammen, die eine Stoßwelle aussendet, die durch einfallende Materie des Filaments erzeugt wird, die mit dem Medium innerhalb des Clusters kollidiert – das ist das heiße Gas, das den Raum zwischen den Galaxien im Haufen füllt.
Ein weiteres Filament verbindet die nordöstliche Ecke des Coma-Clusters und ist mit der kleinen Galaxiengruppe verbunden, die die riesige elliptische Galaxie NGC 4839 umgibt, die derzeit in den Cluster fällt. Insbesondere bringt dieses Filament reines, kaltes Wasserstoffgas ein, das in dieser Ecke des Sternhaufens die Entstehung neuer Sterne auslöst. Es zeigt auch, dass der Coma-Cluster über diese Filamente immer noch Materie ansammelt und an Masse zunimmt. Im Allgemeinen gilt: Je mehr Filamente sich zu einem Haufen verbinden, desto massereicher ist dieser Haufen und desto schneller scheint die Galaxienentwicklung voranzuschreiten, mit einer größeren Häufigkeit roter elliptischer und linsenförmiger Galaxien, in denen die Sternentstehung praktisch zum Stillstand gekommen ist.
Anfang des Jahres gelang es Astronomen aus Südkorea und den Vereinigten Staaten, eine sogenannte schwache Gravitationslinsentechnik anzuwenden, um Intracluster-Filamente dunkler Materie zu finden, die sich durch den Coma-Cluster erstrecken. Diese Intracluster-Filamente sind wie Ranken am Ende der größeren Filamente des kosmischen Netzes und versorgen den Cluster tatsächlich mit dunkler Materie. Sie wurden mit der Hyper Suprime-Cam am Subaru-Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii, gefunden, die den subtilen Effekt der Masse der Filamente aus dunkler Materie entdeckte, die genug Schwerkraft erzeugen, um den Raum gerade so weit zu verzerren, dass das Licht der Galaxien um sie herum leicht verzerrt wird. Daher nennen wir diese „schwache“ Linse, im Gegensatz zu einer starken Linse, die das Licht von viel weiter entfernten Objekten verstärkt.
Kosmische Netzfilamente können auch benachbarte Galaxienhaufen verbinden, wobei ein Filament den Coma-Cluster mit dem Leo-Cluster verbindet, und zusammen bilden die beiden den Coma-Superhaufen mit mehr als 3.000 Galaxien, die sich über 20 Millionen Lichtjahre im Weltraum erstrecken.
Trotz ihres Namens hat sich die Dark-Energy-Kamera, die diese Aufnahme des Coma-Clusters produzierte, inzwischen von ihren Aufgaben zur Untersuchung der Dunklen Energie zurückgezogen, nachdem sie zwischen 2013 und 2019 die Dark-Energy-Umfrage geleitet hatte. Mittlerweile ist die astronomische Kamera mit 570 Megapixeln zum General geworden Arbeitstier, das regelmäßig unglaubliche Bilder produziert – auch dieses.
