Durch die Kombination eines neuen Bildes eines riesigen Galaxienhaufens mit älteren Röntgendaten haben Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gezeigt, wie die Galaxien des Galaxienhaufens von riesigen Mengen Gas durchdrungen sind, die sengende Temperaturen von bis zu 100 Millionen Grad Celsius erreichen können (180 Millionen Grad Fahrenheit).
Der Galaxienhaufen Abell 2390 wurde kürzlich von der Euclid-Mission der ESA fotografiert, deren Ziel es ist, dunkle Materie und dunkle Energie zu untersuchen, indem sie das Auftreten von Gravitationslinsen in Galaxienhaufen untersucht. Da diese Cluster so viel Masse enthalten – bis zu zehn Billionen Sonnenmassen –, sind sie in der Lage, das Raum-Zeit-Gefüge um sie herum zu verbiegen und es so stark zu verbiegen, dass das Licht entfernter Galaxien im Hintergrund stark vergrößert wird. Es ist, als würde man sie durch eine riesige Vergrößerungslinse betrachten. Wenn wir in den Kern von Abell 2390 hineinzoomen, sehen wir, dass der Linseneffekt am stärksten ausgeprägt ist und das Licht anderer Galaxien, die Milliarden Lichtjahre weiter entfernt sind, streckt, verformt und verstärkt.
Der Großteil der Masse eines Galaxienhaufens findet sich jedoch nicht in seinen Galaxien. Tatsächlich tragen sie kaum 5 % zur Gesamtmasse des Clusters bei. Den größten Anteil daran haben das heiße Intracluster-Gas zwischen den Galaxien im Cluster, das etwa 15 % der Masse des Clusters ausmacht, und die unsichtbare Dunkle Materie, die satte 80 % der Masse von Abell 2390 ausmacht.
Aus dem Grad der Gravitationslinse können wir zwar auf das Vorhandensein dunkler Materie schließen, sie jedoch nicht sehen. Dank der Röntgensichtung der XMM-Newton-Mission der ESA, die dieses Gas bereits 2001 in Abell 2390 entdeckte, können wir das Intracluster-Gas jedoch sehen.
Verwandt: Röntgenraumsonde enthüllt seltsamen „Cloverleaf“-Radiokreis in neuem Licht (Bild)
In dieser neuen zusammengesetzten Ansicht sehen wir Euklids Bild von Abell 2390, der 2,7 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt in Richtung des Sternbildes Pegasus, das geflügelte Pferd, liegt. Euklids Bild ist unglaublich; Es handelt sich um ein sehr weites Feldbild, dessen Sichtfeld durch das 1,2 Meter (3,9 Fuß) große Teleskop eine Fläche von 1,25 mal 0,73 Quadratgrad umfasst. Das Bild umfasst etwa 50.000 Galaxien, von denen sich viele tatsächlich nicht in Abell 2390 befinden, das in der Bildmitte zu sehen ist und selbst Tausende von Galaxien enthält. Die am weitesten entfernten Hintergrundgalaxien, sogar weit jenseits von Abell 2390, erscheinen rot, weil ihr Licht aufgrund der Expansion des Universums rotverschoben ist. Auch eine Handvoll Vordergrundsterne sind zu sehen, erkennbar an ihren sechszackigen Beugungsspitzen.
Über Euklids Ansicht im sichtbaren Licht ist XMM-Newtons Nachweis der Röntgenemission des Sternhaufens überlagert. Dieses wird durch ionisiertes Wasserstoffgas mit einer Temperatur zwischen 10 und 100 Millionen Grad Celsius (18 und 180 Millionen Grad F) erzeugt. Bei solchen Temperaturen strahlt das Gas nur im Röntgenbereich, daher ist das, was wir hier als blaues Leuchten sehen, eine Falschfarbendarstellung des Röntgensignals. Die Röntgenstrahlen sind in der Mitte des Clusters am hellsten, wo das Gas innerhalb des Clusters am heißesten und am stärksten konzentriert ist.
Mitten im Herzen von Abell 2390, inmitten dieses glühend heißen Gases, befindet sich die sogenannte hellste Clustergalaxie (BCG). Jeder große Galaxienhaufen hat einen davon – im nahe gelegenen Virgo-Haufen ist der BCG Messier 87. Mit anderen Worten, der BCG ist eine riesige elliptische Galaxie mit einem aktiven supermassiven Schwarzen Loch in seinem Kern, von dem es eine Rückkopplung gibt – in Form von Strahlungsausflüsse – können das Gas innerhalb des Galaxienhaufens erwärmen und sogar die Sternentstehung in den anderen Galaxien des Galaxienhaufens verhindern.
In den Anfang des Jahres veröffentlichten Ergebnissen zeigten Beobachtungen des BCG von Abell 2390 mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile eine gigantische Wolke mit molekularem Gas im Wert von über 10 Milliarden Sonnenmassen, die sich fast 50.000 Lichtjahre vom BCG entfernt erstreckt. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Wolke möglicherweise das Ergebnis einer Gravitationsstörung ist, die entweder dadurch entsteht, dass eine andere Galaxie in der überfüllten Umgebung von Abell 2390 in der Nähe des BCG vorbeizieht oder sogar mit diesem verschmilzt. Die durch ein solches Ereignis verursachte Störung könnte ausreichen, um das zu verursachen BCG und sein umgebender Halo aus dunkler Materie werden vom Intracluster-Gas entkoppelt oder getrennt und hinterlassen eine Spur aus molekularem Gas, ähnlich dem, was ALMA in der Wolke gefunden hat.
Mittlerweile hat das Low Frequency Array (LOFAR) in Europa bei Radiowellenlängen verschiedene Keulen radioemittierender Partikel rund um das BCG von Abell 2390 gefunden. Diese Lappen wurden von einem intermittierenden, aber starken Strahl erzeugt, der vom aktiven Schwarzen Loch im Zentrum des BCG ausgeht. Die Lappen sind unterschiedlich alt und zeigen in unterschiedliche Richtungen, was darauf hindeutet, dass der Jet – und damit die Ausrichtung des Schwarzen Lochs und seiner umgebenden Akkretionsscheibe aus Gas, die den Jet speist – präzediert. Mit anderen Worten, es wackelt regelmäßig, wobei der Jet einen Kreis über der Rotationsachse des Schwarzen Lochs zeichnet.
Die Jets können das umgebende Intra-Cluster-Medium erwärmen, aber derzeit scheinen sie sich in einer Ruhephase zu befinden und das heiße, Röntgenstrahlung aussendende Gas kühlt langsam ab und fällt zurück auf das BCG und andere Galaxien im Cluster, wo das Kühlgas dies tun könnte möglicherweise neue Sterne bilden.
Eine neue Innovation von Euclid ist die Fähigkeit, das schwache stellare Leuchten von Milliarden von Sternen zu erkennen, die durch gravitative Gezeitenkräfte, die in der turbulenten Umgebung des Clusters wirken, aus ihren Galaxien gerissen wurden. Einzeln sind die Sterne viel zu schwach, um in so großen Entfernungen beobachtet zu werden, doch zusammen tragen sie zu einem unheimlichen Leuchten bei, das im Euklid-Bild noch verstärkt wurde. Indem Astronomen verfolgen, wo sich diese abtrünnigen intergalaktischen Sterne, angezogen von der Schwerkraft, versammeln, können sie herausfinden, wo sich die dunkle Materie in Abell 2390 befindet.
Euklids erste Bilder des Universums, darunter eines von Abell 2390, wurden im Mai veröffentlicht. Die im Juli 2023 gestartete Raumsonde hat nun eine sechsjährige Mission zur Kartierung des dunklen Universums begonnen, indem sie Milliarden von Galaxien und Galaxienhaufen beobachtet, die über 10 Milliarden Jahre kosmischer Geschichte verteilt sind.
