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Ein Galaxienhaufen im Galaxienmeer

05.05.2010
Heute veröffentlicht die ESO eine Großfeldaufnahme, die viele Tausend Galaxien auf einmal zeigt, darunter auch eine große Galaxiengruppe, die zu einem massereichen Galaxienhaufen namens Abell 315 gehört.

Die dicht gedrängte Ansammlung von Galaxien ist dabei nur die sprichwörtliche Spitze des Eisbergs: Wie die meisten Galaxienhaufen besteht Abell 315 zum größten Teil aus unsichtbarer Dunkler Materie. Die enorme Masse des Haufens lenkt das Licht noch weiter entfernter Galaxien ab, so dass diese Hintergrundgalaxien in ihrer Form leicht verzerrt erscheinen.


Der Galaxienhaufen Abell 315
Bild: ESO/J. Dietrich

Mit bloßem Auge sehen wir am Nachthimmel fast ausschließlich Sterne aus unserer Heimatgalaxie, dem Milchstraßensystem, und dazu einige wenige nahe Nachbargalaxien. Die anderen Galaxien sind zu lichtschwach, um noch vom menschlichen Auge wahrgenommen werden zu können. Wären wir in der Lage, auch weit entfernte Galaxien zu sehen, dann wäre der gesamte Himmel mit Galaxien übersät, so wie auf der nun veröffentlichten Aufnahme. Im Sprachgebrauch der Astronomen handelt es sich um eine Großfeldaufnahme, die am Himmel etwa dieselbe Fläche abdeckt wie der Vollmond. Aufgrund der langen Belichtungszeit werden in dem beobachteten Himmelsbereich Tausende von Galaxien sichtbar.

Die Aufnahme zeigt Galaxien mit ganz unterschiedlichen Entfernungen von der Erde. Besonders in der oberen Bildhälfte finden sich einige vergleichsweise nahe Galaxien, bei denen sich Details wie Spiralarme oder elliptisch geformte Außenbereiche – die sogenannten Halos – erkennen lassen. Deutlich weiter entfernte Galaxien, deren Licht mehr als acht Milliarden Jahre durch das Universum unterwegs ist, bevor es die Erde erreicht, erscheinen dagegen nur noch als strukturlose schwache Lichtflecken.

Um die Bildmitte herum und nach unten und nach links ausufernd ist eine deutliche Konzentration von Galaxien zu sehen. Diese etwa einhundert gelblichen Galaxien gehören zu einem gewaltigen Galaxienhaufen, der in einem Katalog, den der amerikanische Astronom George Abell im Jahr 1958 zusammenstellte, die Nr. 315 trägt und daher als “Abell 315” bekannt ist [1]. Der Haufen befindet sich zwischen den lichtschwachen roten und blauen Galaxien und der Erde in einer Entfernung von etwa zwei Milliarden Lichtjahren. Von der Erde aus gesehen steht er im Sternbild Walfisch.

Galaxienhaufen sind die größten Strukturen im Universum, die von ihrer eigenen Schwerkraft zusammengehalten werden. In einem Galaxienhaufen steckt aber weit mehr als die vielen einzelnen Galaxien, die wir sehen können. Die Galaxien selber machen nur etwa 10% der Masse des riesigen Haufens aus. Weitere 10% stecken in heißem, dünnen Gas, das den intergalaktischen Raum ausfüllt [2]. Die restlichen 80% an Masse, die ebenfalls nicht in den Galaxien konzentriert sind, sind nicht nur unsichtbar, sondern es ist auch unbekannt, woraus sie bestehen.

Dies ist die so genannte Dunkle Materie. Sie verrät ihre Anwesenheit einzig und allein durch ihre Schwerkraftwirkung. Die gewaltige Masse eines Galaxienhaufens wirkt wie eine kosmische Lupe (eine “Gravitationslinse”) auf Galaxien, die hinter dem Haufen liegen und “verbiegt” die Bahnen, auf denen uns das Licht dieser fernen Galaxien erreicht. Das Erscheinungsbild der fernen Galaxien wird dadurch leicht verzerrt [3]. Astronomen können die Gesamtmasse des für die Verzerrung verantwortlichen Galaxienhaufens ermitteln, indem sie die scheinbare Verzerrung der Hintergrundgalaxien beobachten und vermessen. Der Effekt ist allerdings sehr schwach, so dass es notwendig ist, eine sehr große Anzahl von Galaxien auf diese Weise zu vermessen, um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Im Falle von Abell 315 wurden mehr als 10.000 lichtschwache Galaxien aus dieser Aufnahme untersucht. Damit konnte die Gesamtmasse des Haufens zu mehr als einhundert Billionen mal der Masse der Sonne bestimmt werden [4].

Der weite kosmische Entfernungsbereich, den die Galaxien und der Galaxienhaufen in dem Bild abdecken, wird durch eine Handvoll Objekte ergänzt, die viel kleiner sind und sich viel näher an der Erde befinden: Neben einigen Sternen, die zur Milchstraße gehören, sind auch viele Asteroiden über das Bildfeld verteilt. Sie werden als blaue, grüne oder rote Striche sichtbar [5]. Sie gehören zum Asteroidengürtel, der sich zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter befindet. Die hellsten dieser Asteroiden sind mehrere Dutzend Kilometer groß, die schwächsten nur einige wenige Kilometer.

Das Bild wurde mit dem Wide Field Imager am MPG/ESO 2,2m-Teleskop des La Silla Observatoriums der ESO in Chile aufgenommen, einer astronomischen Kamera mit besonders großem Bildfeld. Es ist aus mehren Einzelaufnahmen zusammengesetzt, die mit drei verschiedenen Farbfiltern aufgenommen wurden. Die Belichtungszeit betrug fast eine Stunde mit dem B-Filter (blau) und etwa eineinhalb Stunden in den Filtern V (visuell, entspricht grün) und R (rot). Das Gesichtsfeld ist 34 x 33 Bogenminuten groß, ein wenig größer als der Vollmond am Himmel.

Endnoten

[1] Der Abell-Katalog aus dem Jahr 1958 beinhaltet 2712 Galaxienhaufen. Weitere 1361 Haufen wurden 1989 hinzugefügt. Abell untersuchte Fotoplatten, die große Bereiche des Himmels abdeckten, auf Gebiete, in denen überdurchschnittlich viele Galaxien bei in etwa derselben Entfernung zu uns zu sehen waren und stellte so diese beeindruckende Sammlung zusammen.
[2] Zehn Prozent der Masse eines Galaxienhaufens bestehen aus einer sehr heißen Mischung von geladenen Teilchen: Atomkernen und Elektronen. Die Temperaturen in diesem heißen intergalaktischen Plasma können 10 Millionen Grad und mehr erreichen, so dass man es mit Röntgenteleskopen beobachten kann.
[3] Astronomen bezeichnen diese leichten Verzerrungen als schwache Gravitationslinsen (im Gegensatz zu den starken Gravitationslinsen, die viel auffälligere Erscheinungen wie große Bögen, Ringe und Mehrfachbilder erzeugen).
[4] Eine Studie der schwachen Gravitationslinsen in dem Galaxienhaufen Abell 315 wurde 2009 in einem Fachartikel in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht (“Weak lensing observations of potentially X-ray underluminous galaxy clusters” von J. Dietrich et al., Astronomy and Astrophysics 2009, 499, 669).

[5] Die blauen, grünen oder roten Spuren weisen darauf hin, dass die Asteroiden mit jeweils nur einem der drei Farbfilter detektiert wurden. Jede Spur besteht aus mehreren Einzelspuren, die zu den einzelnen Aufnahmen gehören, aus denen das Bild zusammengesetzt ist. Aus der Länge der Teilspuren läßt sich die über die Belichtungszeit die Entfernung des Asteroiden ermitteln.

Hintergrundinformationen

Das MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop wurde 1984 in Betrieb genommen und ist eine Leihgabe der Max-Planck-Gesellschaft an die ESO. Sein Wide Field Imager, eine astronomische Kamera mit besonders großem Blickfeld und einem Detektor mit 67 Millionen Pixeln, liefert Bilder, die nicht nur von wissenschaftlichem, sondern auch von ästhetischem Wert sind.

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 14 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts, sowie VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO das European Extremely Large Telescope (E-ELT) für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, mit 42 Metern Spiegeldurchmesser ein Großteleskop der Extraklasse.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network
Haus der Astronomie
Tel.: (06221) 528 226
E-Mail: eson(at)mpia.de
Henri Boffin
VLT-Pressesprecher
ESO Garching
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