Der atemberaubende Blick auf den Coma-Galaxienhaufen, aufgenommen von der Dark Energy Camera. Die beiden großen Galaxien im Zentrum des Haufens sind riesige elliptische Galaxien, nämlich NGC 4889 und NGC 4874 zu seiner Rechten.(Bildnachweis: CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA)
Der Coma-Haufen mit mehr als 1.000 Galaxien erstrahlt in diesem neuen Bild der leistungsstarken Dark Energy Camera (DECam), die sich im 4-Meter-Teleskop Victor M. Blanco des Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chile befindet.
Der Coma-Galaxienhaufen, der sich etwa 321 Millionen Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Coma Berenices befindet, hat bei der Erforschung der dunklen Materie eine wichtige Rolle gespielt. Im Jahr 1937 fand der Caltech-Astronom Fritz Zwicky in diesem Haufen den ersten Beweis für die Existenz dunkler Materie. Er stellte fest, dass sich die Galaxien in dem Haufen schneller bewegten, als es das von der gesamten sichtbaren Materie des Haufens erzeugte Gravitationsfeld zulassen sollte. Tatsächlich bewegten sich die Galaxien so schnell, dass sie eigentlich aus dem Haufen herausfliegen und in den Weltraum entkommen müssten. Zwicky folgerte daraus, dass im Koma-Haufen eine beträchtliche Menge unsichtbarer oder „dunkler“ Materie vorhanden sein müsse, doch seine Ideen wurden damals als zu radikal angesehen.
Erst in den späten 1960er und frühen 1970er Jahren, als Vera Rubin und Kent Ford systematisch Beweise für dunkle Materie in Galaxien fanden, indem sie deren Rotationskurven untersuchten – also die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne und das Gas in diesen Galaxien bewegen – wurden die Astronomen ernsthaft auf dunkle Materie aufmerksam.
Heute wissen wir, dass 90 % der Masse des Coma-Haufens aus geheimnisvoller dunkler Materie besteht.
Seit diesen frühen Meilensteinen der dunklen Materie hat eine Kombination aus Beobachtungen und Theorie auch zum Standardmodell der Kosmologie geführt, das ein Universum beschreibt, das von einem kosmischen Netz aus dunkler Materie durchzogen und mit normaler Materie in Form von Gas und Staub durchsetzt ist. Galaxien neigen dazu, sich entlang der Fäden dieses Netzes zu bilden, und an den Knotenpunkten des Netzes, wo sich die Fäden miteinander verbinden, finden wir Galaxienhaufen.
In einer Studie aus dem Jahr 2020 hat ein Team unter der Leitung von Nicola Malavasi von der Ludwig-Maximilians-Universität in Deutschland herausgefunden, dass der Coma-Haufen mit drei separaten Filamenten des kosmischen Netzes verbunden ist, wobei zwei der Filamente besonders auffällig sind. Dunkle Materie, Gas und sogar ganze Galaxien fließen entlang der Filamente und fallen in den Coma-Haufen, wo sich die Filamente treffen. Eines der Filamente befindet sich auf der Westseite (aus unserer Sicht am Himmel) des Haufens und fällt mit einer Röntgenschockwelle zusammen, die durch einfallende Materie aus dem Filament erzeugt wird, die mit dem Medium innerhalb des Haufens kollidiert – also mit dem heißen Gas, das den Raum zwischen den Galaxien im Haufen ausfüllt.
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Ein weiteres Filament verbindet die nordöstliche Ecke des Coma-Haufens und steht in Verbindung mit der kleinen Gruppe von Galaxien, die die riesige elliptische Galaxie NGC 4839 umgibt, die derzeit in den Haufen fällt. Dieses Filament bringt vor allem reines, kaltes Wasserstoffgas mit sich, das die Sternentstehung in dieser Ecke des Haufens anregt. Es zeigt auch, dass der Coma-Haufen immer noch Materie akkretiert und über diese Filamente an Masse zunimmt. Im Allgemeinen gilt: Je mehr Filamente mit einem Haufen verbunden sind, desto massereicher ist dieser Haufen und desto schneller scheint die Galaxienentwicklung zu verlaufen, mit einer größeren Anzahl roter elliptischer und linsenförmiger Galaxien, in denen die Sternentstehung praktisch zum Stillstand gekommen ist.
Anfang dieses Jahres konnten Astronomen aus Südkorea und den Vereinigten Staaten mit Hilfe der so genannten schwachen Gravitationslinsentechnik Filamente aus dunkler Materie innerhalb des Haufens entdecken, die sich durch den Coma-Haufen ziehen. Diese Filamente innerhalb des Haufens sind wie Ranken am Ende der größeren Filamente des kosmischen Netzes und speisen tatsächlich dunkle Materie in den Haufen ein. Sie wurden mit der Hyper-Suprime-Cam des Subaru-Teleskops auf dem Mauna Kea, Hawaii, entdeckt, die den subtilen Effekt der Masse der Filamente aus dunkler Materie aufspürte, der genug Schwerkraft erzeugt, um den Raum gerade so weit zu verzerren, dass das Licht der sie umgebenden Galaxien leicht verzerrt wird. Daher nennen wir dies „schwache“ Linsenwirkung, im Gegensatz zur starken Linsenwirkung, die das Licht von viel weiter entfernten Objekten vergrößert.
Die Filamente des kosmischen Netzes können auch benachbarte Galaxienhaufen miteinander verbinden. So verbindet ein Filament den Coma-Haufen mit dem Leo-Haufen, und zusammen bilden die beiden den Coma-Superhaufen mit mehr als 3.000 Galaxien, der sich 20 Millionen Lichtjahre durch den Raum erstreckt.
Trotz ihres Namens hat sich die Dark Energy Camera, die diese Aufnahme des Coma-Haufens gemacht hat, nach ihrer Zeit als Leiterin des Dark Energy Survey zwischen 2013 und 2019 von ihren Aufgaben bei der Untersuchung dunkler Energie zurückgezogen. Jetzt ist die 570-Megapixel-Astronomiekamera zu einem allgemeinen Arbeitstier geworden, das routinemäßig unglaubliche Bilder produziert – einschließlich dieses.
