Boulet-Cluster und Dunkle Materie

Bildbeschreibung: Was sehen wir in diesem Falschfarben-Kompositionsbild?
Wir sehen die ganze MaterieKugelcluster. Die beiden Boulet-Galaxienhaufen liegen in der blauen Zone und die beiden galaktischen Gaswolken sind im Röntgenlicht in Rot zu sehen. Die blau gefärbten Bereiche stellen den größten Teil der Masse der Cluster dar, also dunkle Materie, sechsmal massereicher als gewöhnliche Materie. Die Kanonenkugelgruppe ist die kleinere der beiden Gruppen, die die andere von einer Seite zur anderen kreuzt (blauer Bereich rechts). Die gigantische Kollision „zerzauste“ die beiden Sternhaufen aus ihrem Gashalo und verursachte einenSchockwellesichtbar an der Spitze des kleinen roten Flecks. Diese Stoßwelle komprimierte die Gase des Haufens stark und erhitzte sie dadurch auf 100 Millionen Grad. Es sieht aus wie eine Kanonenkugel, der eine Gasspur folgt. Bildnachweis: NASA CXC CfA.

Der Bullet-Cluster

L'Boulet-Cluster, auch bekannt als 1E 0657-56, ist ein Galaxienhaufen, der für seine spektakuläre Kollision zwischen zwei kleineren Galaxienhaufen bekannt ist. Dieser etwa 3,4 Milliarden Lichtjahre entfernte Cluster wurde von der NASA eingehend untersuchtHubble-Weltraumteleskopund dieChandra-Weltraumteleskop. Sein Name „Boulet“ bezieht sich auf die charakteristische Form des Clusters, die durch die Kollision entstanden ist.

Der Boulet-Haufen besteht aus Tausenden von Galaxien, heißem Gas und dunkler Materie. Röntgenbeobachtungen von Chandra ergaben, dass das heiße Gas, das den größten Teil ausmachtbaryonische Materie(sichtbar), wird von der Dunklen Materie getrennt. Diese Trennung ist ein direkter Beweis für die Existenz dunkler Materie, da sie nicht auf die gleiche Weise mit gewöhnlicher Materie interagiert wie heißes Gas.

Beobachtungen des Boulet-Haufens ermöglichten es Astronomen, das zu nutzenGravitationslinseneffektum die Verteilung der Dunklen Materie abzubilden. Durch die Beobachtung von Verzerrungen in Bildern von Hintergrundgalaxien konnten Wissenschaftler das Vorhandensein und die Verteilung dunkler Materie im Galaxienhaufen bestätigen. Diese Technik war entscheidend für das Verständnis der Dynamik der Kollision und der inneren Struktur des Clusters.

Die Dunkle Materie des Kugelhaufens

DERGalaxienhaufenbestehen nicht nur aus Galaxien, sie sind auch von ihnen umgebenkaltes Gasgeringe Dichte (1000 Partikel/m3) und inheißes Gas(10 bis 100 Millionen Grad). Bei diesen Temperaturen ist das Gas vollständig ionisiert, es handelt sich um ein im Röntgenfeld sichtbares Plasma. Das Gas ist viel diffuser verteilt, füllt den Raum zwischen den Galaxien und reicht weit darüber hinaus. Die Masse des zur Galaxie gehörenden Gases ist viel größer als die Masse der Galaxie selbst. Wenn wir die Gravitationsdynamik des Universums im großen Maßstab messen, stellt die Masse der gewöhnlichen Materie im beobachtbaren Universum nur 4 % der Gesamtmasse dar. 23 % der Masse wären dunkle Materie und 73 % dunkle Energie. Dies wird im Standard Cold Dark Matter (SCDM)-Modell beschrieben. Was wir sehen, wenn wir das Licht von Sternen, Galaxien und Haufen beobachten, ist dasgewöhnliche Angelegenheit.

Wie können wir dunkle Materie sehen?

Alle Materie, gewöhnliche Materie und dunkle Materie, unterliegt den Kräften des Gravitationsfeldes. Der Kanonenkugelhaufen oder 1E 0657-56, beobachtbar imSternbild Carinaist das Ergebnis der Kollision zweier Galaxienhaufen vor 150 Millionen Jahren. Die Untersuchung dieser Kollision begann im August 2006 und lieferte einen der stärksten Beweise für die Existenz dunkler Materie.

Wenn Cluster kollidieren, wird gewöhnliche Materie (Sterne, Gas und Staub) durch Gravitationskräfte zerrissen. In Wirklichkeit kollidieren schwere Objekte wie Sterne nicht, sie ziehen nebeneinander vorbei, ohne sich zu treffen, da der Raum zwischen den Sternen riesig ist. Die Sterne werden daher von der Kollision nicht beeinträchtigt, sie können durch die Gravitation leicht beschleunigt oder abgebremst, aber nicht zerstört werden. Andererseits werden während der Kollision die kalten und heißen Gase, die den größten Teil der baryonischen Masse der Galaxien ausmachen, miteinander interagieren, sie werden sogar stark und schnell abgebremst. Aufgrund ihrer atomaren Freiheit und ihrer sehr schwachen Bindung lassen sie sich leichter vermischen. Das sehen wir im zusammengesetzten Bild.

Das ist gigantischKollision zwischen den beiden Clusternsetzte erhebliche Energie frei. Gerade im Röntgenfeld wirft die Beobachtung der Kollision neues Licht auf die Dunkle Materie, denn Sterne, Gase und Dunkle Materie verhalten sich bei der Kollision unterschiedlich.

Die Galaxien der beiden Galaxienhaufen werden im sichtbaren Licht beobachtet, das sind die Vielfachenweiße Flecken. Im Röntgenlicht sind die heißen Gase der beiden Sternhaufen zu beobachtenrote Wolken. Dunkle Materie wird durch diffuses blaues Licht dargestellt.

Auf dem Bild sind Hunderte von Galaxien in Clustern zusammengefasst, aber wir sehen hauptsächlich einen kleinen Galaxienhaufen im blauen Fleck rechts und einen großen Galaxienhaufen im blauen Fleck links. Die beiden Gashüllen der beiden Cluster sind rot gefärbt, der kleine rote Fleck folgt dem kleinen blauen Fleck und der große rote Fleck folgt dem großen blauen Fleck. In Wirklichkeit hat der kleine Galaxienhaufen rechts gerade den großen Galaxienhaufen links überquert.

Die gigantische Kollision „zerlegte“ die beiden Cluster aus ihrem Gashalo und verursachte eine Schockwelle, die an der Spitze des kleinen roten Flecks sichtbar war. Diese Stoßwelle komprimierte die Gase des Haufens stark und erhitzte sie dadurch auf 100 Millionen Grad. An manchen Orten hat das Chandra-Röntgenobservatoriumsteleskop eine Gasbewegungsgeschwindigkeit von 4500 km/s gemessen.

Die beiden Cluster sind jetzt 3,4 Lichtjahre voneinander entfernt und die anhand ihrer Geschwindigkeit und Entfernung berechnete Gesamtmasse stellt viel mehr dar als die Masse gewöhnlicher sichtbarer Materie (Galaxien im optischen Bereich und Gas im Röntgenbereich). Dies sind die absichtlich blau gefärbten Regionen, die die Verteilung der unsichtbaren dunklen Materie im Cluster zeigen. DabeiTitanic-FrontalaufprallDunkle Materie verhielt sich wie gewöhnliche Materie, sie interagierte nicht, sie durchquerte die andere dunkle Materie reibungslos, während das interstellare Gas aus den Haufen gerissen wurde. Dies verursachte die Schockwelle, die in der roten, kugelförmigen Gaswolke rechts zu sehen ist. Die klare Trennung von dunkler Materie und Gaswolken gilt als direkter Beweis für die Existenz dunkler Materie.