Galaxienhaufen: Kaum Sterne, viel heißes Gas

Im sichtbaren Licht wirken Galaxienhaufen wie große Ansammlungen von Galaxien. Im Röntgenlicht zeigt sich jedoch, dass die meiste Materie in den Galaxienhaufen gar nicht in den Galaxien steckt.

Galaxienhaufen im Röntgenlicht

Beim Blick in die Tiefen des Alls nutzen Astronomen nicht nur das sichtbare Licht, also die Strahlung, die unser Auge wahrnimmt. Sie arbeiten auch mit Infrarot-, Radio- oder Röntgenstrahlung. Da unsere Erdatmosphäre das himmlische Röntgenlicht verschluckt, sind Forscher hierbei auf die Hilfe von Satelliten angewiesen – und so kreisen seit 1999 der US-Satellit Chandra und der ESA-Satellit XMM-Newton um die Erde und untersuchen das All im Röntgenbereich.

Auf den Röntgenbildern sehen Wissenschaftler dann das „heiße“ Universum, denn Materie sendet Röntgenstrahlung nur bei sehr energiereichen Prozessen aus, also bei sehr hohen Temperaturen. Mark Bautz, Astronom am Center for Space Research des Massachusetts Institute of Technology, war maßgeblich an der Entwicklung des Röntgenteleskops Chandra beteiligt. Bautz haben es Galaxienhaufen angetan, also Ansammlungen gewaltiger Sternsysteme. Doch Röntgenbilder zeigen diese größten bekannten Objekte im All buchstäblich in einem ganz anderen Licht.

Galaxienhaufen MS1054-03

Das heiße Gas zwischen den Galaxien enthält viel mehr Materie als alle Sterne und Planeten in den Galaxien selbst. Was aber heizt das Gas auf? Die Anziehungskraft der sichtbaren Galaxien reicht dafür bei weitem nicht aus. „Von einem noch größeren Bestandteil der Haufen wissen wir gar nicht, was er ist. Diese sogenannte Dunkle Materie hält das Gas und die Galaxien in den Haufen zusammen – ohne sie würden sich die Haufen schnell auflösen. Wir versuchen jetzt, die Verteilung der Dunklen Materie zu untersuchen. Wo viel heißes Gas ist, muss auch viel Dunkle Materie sein, die mit ihrer Anziehungskraft das Gas festhält. Bei manchen Haufen können wir aus den Daten unserer scharfsichtigen Kamera die Verteilung der Dunklen Materie bis in die Mitte des Haufens hinein herleiten.“

Der große Attraktor

Der Traum der Röntgenastronomen ist, aus diesen Daten vielleicht sogar abzuleiten, woraus die Dunkle Materie besteht. Denn die verschiedenen Theorien machen unterschiedliche Voraussagen, wie sich die Dunkle Materie im Zentrum von Galaxienhaufen verteilen sollte. Jetzt interessiert die Astronomen, ob sich Galaxienhaufen schon sehr früh in der Geschichte des Kosmos gebildet haben. Gibt es Haufen in sehr großer Entfernung und damit zu sehr frühen Zeiten im Kosmos, dann heißt das, dass die Dunkle Materie recht schnell Galaxien und Gas in große Haufen gezwungen hat.

Um aber ein Röntgenbild vom Rand des Kosmos zu bekommen, müssen Mark Bautz und seine Kollegen das schwache Licht mit dem Chandra-Satelliten recht lange sammeln. „Das dauert schon ein bisschen – so etwa einen halben Tag. Bei schwachen, sehr weit entfernten Objekten belichten wir manchmal einen ganzen Tag lang. Dann sehen wir mit Chandra aber auch Objekte in extrem großen Entfernungen. Chandra hat einen Galaxienhaufen beobachtet, der gut elf Milliarden Lichtjahre entfernt ist – das ist aktueller Weltrekord.“ Diesen Galaxienhaufen gab es bereits, als das Universum erst etwa drei Milliarden Jahre alt war – lange bevor Sonne und Erde entstanden sind. Schon damals hat die Dunkle Materie mit ihrer Anziehungskraft das in den Haufen stürzende Gas so sehr aufgeheizt, dass Chandra noch heute – elf Milliarden Jahre später – das Röntgenleuchten registriert.