Gemini North’s Bild von Hunderten von Galaxien, zentriert auf die riesige elliptische NGC 1270 in einem kleinen Abschnitt des Perseus-Haufens (Bildnachweis: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Miller und M. Rodriguez (Internationales Gemini-Observatorium/NSF NOIRLab)/T. A. Rector (Universität von Alaska Anchorage/NSF NOIRLab)/M. Zamani (NSF NOIRLab)/Jisu Kang (Seoul National University))
Diese Szene des kosmischen Chaos zeigt einen Ausschnitt des riesigen Perseus-Galaxienhaufens, der mehrere riesige elliptische Galaxien, eine staubige Spirale, deren Arme verblassen, und mehrere randständige Galaxien, von denen einige anscheinend Interaktionen oder Verschmelzungen mit ihren Nachbarn erleben, offenbart.
Und dies ist nur ein kleiner Teil des Galaxienhaufens, der sich zwischen 240 und 250 Millionen Lichtjahren von der Erde entfernt befindet und Tausende von Galaxien umfasst.
Aufgenommen vom Gemini North-Teleskop auf dem Mauna Kea in Hawaii, ist die riesige elliptische Galaxie im Zentrum des Bildes NGC 1270. Die Galaxie hat schon vor langer Zeit den Geist aufgegeben, was die Bildung neuer Sterne angeht; alles, was sich in NGC 1270 befindet, sind alte, kühle, rote Sterne, die der elliptischen Galaxie ihren charakteristischen Farbton verleihen. In ihrem Herzen lauert ein aktives supermassives Schwarzes Loch, das bis zu 12 Milliarden Mal so groß ist wie unsere Sonne.
NGC 1270 ist eine der massereichsten Galaxien im Perseus-Haufen, aber sie erreicht nicht ganz die Größe einer anderen elliptischen Galaxie in diesem Haufen, nämlich NGC 1275. NGC 1275 liegt außerhalb des Sichtfelds dieser Gemini-Nord-Aufnahme und wird als hellste Haufengalaxie (BCG) bezeichnet. Sie ist ein wahrer Riese im Herzen des Perseus-Haufens und wächst noch immer, da 13 Milliarden Sonnenmassen Wasserstoffgas aus der Umgebung des Haufens auf sie fallen. Computersimulationen deuten darauf hin, dass bis zu 70 % der Masse der BCG – und ähnlicher Galaxien in allen Haufen – aus Material stammen, das sich im Gravitationsnetz des Haufens verfangen hat und in Richtung des Haufenzentrums gefallen ist, wo es der BCG zugeführt wird.
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NGC 1275 liegt genau im Zentrum der Masse des Haufens. Er ist der Mittelpunkt, um den sich das ganze galaktische Chaos entfaltet. Er ist von einem schwachen Halo aus diffusem Licht umgeben, das von Sternen erzeugt wird, die von Galaxien abgerissen werden, die durch die Gravitationsflut, die die Umgebung durchspült, in den Haufen fallen. Es sind nicht nur einzelne Sterne, die weggerissen werden; die Raumsonde Euclid der Europäischen Weltraumorganisation hat vor kurzem 70.000 frei schwebende Kugelsternhaufen in den zentralen 1,6 Millionen Lichtjahren des Haufens entdeckt.
Dieser diffuse Lichtschein wird als Intra-Cluster-Licht (ICL) bezeichnet. Obwohl der ICL und der BCG einen ähnlichen Ursprung haben, da der größte Teil ihrer Masse aus Material stammt, das von anderen Galaxien in den Haufen gerissen wurde, sind sie nicht miteinander verbunden. Das Zentrum des ICL ist um etwa 200.000 Lichtjahre vom Zentrum von NGC 1275 entfernt, was bedeutet, dass sich BCG und ICL zwar unterscheiden, aber überlappen. Die Sterne in der ICL bewegen sich auch auf anderen Bahnen als die Sterne in NGC 1275 und enthalten unterschiedliche Mengen an schweren Elementen. Man nahm an, dass Zwerggalaxien die Quelle der Sterne sind, die gemeinsam die ICL erzeugen, aber es gibt zu wenige Zwerggalaxien im Perseus-Haufen – Euclid zählte etwa 1.100 – um die Helligkeit und das Ausmaß der ICL zu erklären. Stattdessen sind wahrscheinlich etwas massereichere Galaxien die Quelle.
Eine größere Ansicht des Perseus-Galaxienhaufens, aufgenommen von der Raumsonde Euclid der Europäischen Weltraumorganisation. (Bildnachweis: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA/J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay)/G. Anselmi)
Der Perseus-Haufen ist nicht nur mit dem Licht innerhalb des Haufens gefüllt. Es gibt noch etwas anderes, das sogenannte Intra-Cluster-Medium, ein Sumpf aus diffusem Gas, durch den die Galaxien des Haufens waten müssen. Wenn die Galaxien durch dieses Intra-Cluster-Medium rasen, wird durch den Druck, den sie auf das Gas ausüben, ihr gesamter sternbildender molekularer Wasserstoff herausgerissen. So entstehen Spiralgalaxien wie die staubige Spirale ganz links in diesem Bild, in der das gesamte sternbildende Gas verschwunden ist, so dass sie keine neuen Sterne mehr produzieren können, und wenn ältere Sterne sterben und ihre Innereien ausspucken, wird die Galaxie mit interstellarem Staub vollgestopft.
Das Medium innerhalb des Sternhaufens ist heiß, über 1,8 Millionen Grad Fahrenheit (1 Million Grad Celsius), so heiß, dass es stark im Röntgenlicht strahlt. Das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA hat beobachtet, wie Blasen in diesen Röntgenhintergrund geblasen werden, und zwar durch Ausbrüche des supermassereichen Schwarzen Lochs mit einer Masse von 800 Millionen Sonnenmassen im Kern von NGC 1275. Die Blasen erzeugen Wellen mit großer Amplitude, die durch das Medium des Sternhaufens widerhallen. Obwohl sie nicht buchstäblich hörbar sind, haben Wissenschaftler diese Druckwellen in Schallwellen umgewandelt und festgestellt, dass sie zu den tiefsten jemals gehörten Tönen gehören, nämlich 57 Oktaven unter den mittleren Tasten eines Klaviers. Die Blasen im Virgo-Galaxienhaufen erzeugen einen noch tieferen Ton, nämlich 59 Oktaven darunter!
Der Perseus-Haufen ist mit einer Gesamtmasse von 665 Billionen Mal der Masse unserer Sonne einer der massivsten Galaxienhaufen in der Nähe. Er ist Teil des Perseus-Pisces-Superhaufens, der sich aus drei einzelnen Galaxienhaufen zusammensetzt, und es gibt schätzungsweise 10 Millionen Superhaufen im sichtbaren Universum. Galaxienhaufen und Superhaufen bilden sich an den Knotenpunkten des großen kosmischen Netzes aus Materie, das das Universum umspannt.
Dieses kosmische Netz entstand nach dem Urknall, als die Wellen des Plasmameeres, das das Universum bis 379.000 Jahre nach dem Urknall erfüllte, an Ort und Stelle erstarrten. Die Wellen waren Orte mit etwas größerer Dichte und damit Schwerkraft, und im Laufe der Zeit zogen sie Materie an, die heute die Fäden des kosmischen Netzes bilden und größtenteils aus dunkler Materie bestehen. Wenn wir einen Galaxienhaufen betrachten, können wir den größten Teil der Masse nicht sehen, nicht einmal im Röntgenlicht – etwa 85 % eines jeden Haufens bestehen aus unsichtbarer dunkler Materie. Wir können auf ihr Vorhandensein schließen, indem wir danach suchen, wo die Schwerkraft der dunklen Materie Gravitationslinsen erzeugt hat.
Die 15 %, die wir sehen können, sind jedoch wundersam, wie das Bild von Gemini North zeigt, voller Farben, Action und Chaos.
