Koma oder Berenices Haar: Die Gravitationsverschränkung von tausend Galaxien

Was ist der Coma-Galaxienhaufen und warum ist er eine außergewöhnliche kosmische Struktur?

Der Coma-Haufen (oder Haar der Berenike) ist ein kugelförmiger, in seinem Zentrum sehr dichter Galaxienhaufen, der über 1.000 identifizierte Galaxien enthält und etwa 300 Millionen Lichtjahre entfernt ist. Er ist eine der größten durch Gravitation zusammengehaltenen Strukturen des Universums. Er zeichnet sich durch zwei Hauptmerkmale aus: Er enthält zwei riesige elliptische Galaxien in seinem Zentrum (wahrscheinlich das Ergebnis früherer Verschmelzungen) und riesige heiße Gasarme mit 100 Millionen Grad, die Röntgenstrahlung aussenden und mindestens eine halbe Million Lichtjahre bedecken. Die sichtbare Masse macht nur einen Bruchteil der Gesamtmasse aus, der Großteil wird Dunkler Materie zugeschrieben (Gesamtmasse ~10¹⁵ Sonnenmassen).

Galaxienhaufen

DERGalaxienhaufensind die größten beobachtbaren Strukturen in unserem Universum. Sie bestehen aus Hunderten von Galaxien, die durch ihre eigene Anziehungskraft zusammengehalten werden.

Zwischen den Galaxien gibt es viel Materie, viel mehr Materie als in den Galaxien selbst, diese Materie besteht aus mehr oder weniger heißem Gas und Staubkörnern. Das heiße Gas, dessen Temperatur bis zu 100 Millionen Grad erreichen kann, bildet ein Plasma, also eine Materiesuppe, in der die Elektronen von den Kernen getrennt werden. In dieser Suppe mit geringer Dichte, 1000 Teilchen pro Kubikmeter, gibt es nur geladene Teilchen, also getrennte Ionen und Elektronen. Dieses Plasma emittiert starke Röntgenstrahlen.

Beobachtungen der Geschwindigkeiten von Galaxien und Intracluster-Gas zeigen, dass die sichtbare Masse (Sterne, Gas) nicht ausreicht, um die beobachteten Gravitationskräfte zu erklären. Der Großteil der Masse des Clusters wird daher der Dunklen Materie zugeschrieben.

Der Coma-Cluster

L'Koma-Clusterist ein Galaxienhaufen. Sie ist kugelförmig, in ihrem Zentrum sehr dicht und enthält mehr als 1000 identifizierte Galaxien. Er liegt 300 Millionen Lichtjahre entfernt zusammen mit dem Virgo-Haufen im Sternbild Jungfrau.
Diese riesigen Arme aus heißem Gas, die im Coma-Galaxienhaufen zu sehen sind, erstrecken sich über mindestens eine halbe Million Lichtjahre. Dieses Sichtfeld gibt uns einen Einblick in die Art und Weise, wie der Coma-Cluster durch die Verschmelzung kleiner Gruppen von Galaxienhaufen wuchs und weiter wächst. Es ist derzeit eine der größten Strukturen im Universum, die durch die Schwerkraft zusammengehalten wird. Optische Daten aus diesem zusammengesetzten Bild zeigen Hunderte von Galaxien, die zum Coma-Haufen gehören.

Alle diese Galaxien zusammen stellen im Vergleich zur gesamten gasförmigen kosmischen Struktur eine geringe Masse dar. Sie enthalten nur etwa ein Sechstel der Masse an heißem Gas. Darüber hinaus sehen wir in diesem mit Chandra-Daten verarbeiteten Bild nur die hellsten Röntgenemissionen. In Wirklichkeit füllt das heiße Gas das Sichtfeld vollständig aus.

Forscher glauben, dass diese gigantischen Arme wahrscheinlich aus Gas entstanden sind, das Galaxienhaufen bei ihrer Bewegung verloren haben. Das Gas wurde durch die „Winde“ weggerissen, die durch die Bewegung des Galaxienhaufens entstanden. Auf dem vergrößerten Bild der hinter ihnen herziehenden Galaxien können wir eine Wolke aus heißem Gas (in Rosa) sehen.

Coma ist ein ungewöhnlicher Galaxienhaufen, da er nicht nur eine, sondern zwei riesige elliptische Galaxien in der Nähe seines Zentrums enthält. Diese beiden riesigen elliptischen Galaxien sind wahrscheinlich das Ergebnis früherer Verschmelzungen kleiner Galaxiengruppen. Die meisten theoretischen Modelle sagen voraus, dass Zusammenschlüsse zwischen Gruppen wie in Coma starke Turbulenzen hervorrufen, wie auf der Meeresoberfläche, die durch die Durchfahrt zahlreicher Schiffe aufgewühlt wird. Die Beobachtung des Coma-Haufens zeigt, dass sich diese langen, glatt geformten Arme aus heißem Gas auch nach zahlreichen Verschmelzungen in einer eher ruhigen Umgebung befinden. Obwohl das Ausmaß der Turbulenzen in einem Galaxienhaufen schwer abzuschätzen ist, glauben Astrophysiker, dass es wahrscheinlich die großräumigen Magnetfelder sind, die für die geringen Turbulenzen in Coma verantwortlich sind.

Die Dynamik der Galaxien innerhalb des Coma-Haufens wird von der Schwerkraft der Dunklen Materie dominiert. Die Geschwindigkeit von Galaxien kann mehrere hundert Kilometer pro Sekunde erreichen, was einer Gesamtmasse des Galaxienhaufens von etwa 10 entspricht¹⁵Sonnenmassen.

Diese Daten zum Coma-Haufen wurden nach mehr als sechs Tagen Beobachtungszeit gewonnen. Ein Artikel über Chandras Beobachtungen erschien am 20. September 2013 in der Zeitschrift Science. Der Hauptautor des Papiers ist Jeremy Sanders vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Deutschland.

FAQ: Alles über den Coma-Galaxienhaufen

Was ist ein Galaxienhaufen und was ist das Besondere am Coma-Haufen?

Ein Galaxienhaufen ist eine kosmische Struktur, die Hunderte von durch Gravitation gebundenen Galaxien enthält. Der Coma-Haufen ist besonders, weil er kugelförmig und in seinem Zentrum sehr dicht ist (über 1.000 identifizierte Galaxien). Er enthält nicht nur eine, sondern zwei riesige elliptische Galaxien in seinem Zentrum, wahrscheinlich das Ergebnis früherer Verschmelzungen kleinerer Gruppen. Zudem ist er von riesigen heißen Gasarmen umgeben (Temperatur ~100 Millionen Grad), die Röntgenstrahlung aussenden und mindestens 500.000 Lichtjahre bedecken.

Welche Rolle spielt Dunkle Materie im Coma-Haufen?

Beobachtungen der Galaxiengeschwindigkeiten (mehrere hundert km/s) und des Intracluster-Gases zeigen, dass die sichtbare Masse (Sterne, heißes Gas) nicht ausreicht, um die beobachteten Gravitationskräfte zu erklären. Die sichtbare Masse der Galaxien macht nur etwa ein Sechstel der Masse des heißen Gases aus. Der Großteil der Masse des Haufens wird daher der Dunklen Materie zugeschrieben. Die Gesamtmasse des Coma-Haufens wird auf etwa 10¹⁵ Sonnenmassen geschätzt, von denen der größte Teil unsichtbar ist und nur durch Gravitation wechselwirkt.

Warum ist der Coma-Haufen trotz Verschmelzungen überraschend wenig turbulent?

Die meisten theoretischen Modelle sagen voraus, dass Verschmelzungen von Galaxiengruppen wie denen im Coma-Haufen starke Turbulenzen erzeugen sollten. Beobachtungen des Coma-Haufens zeigen jedoch, dass seine langen heißen Gasarme eine glatte Form haben und sich in einer eher ruhigen Umgebung befinden, trotz zahlreicher Verschmelzungen in der Vergangenheit. Astrophysiker glauben, dass großräumige Magnetfelder wahrscheinlich für dieses geringe Turbulenzniveau verantwortlich sind, indem sie die Bewegungen des Intracluster-Plasmas "glätten".