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Dieses Multiwellenlängenbild des Cloverleaf ORC (odd radio circle) kombiniert Beobachtungen des sichtbaren Lichts des DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) Legacy Survey in weiß und gelb, Röntgenstrahlung von XMM-Newton in blau und Radiostrahlung von ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) in rot.(Bildnachweis: X. Zhang und M. Kluge (MPE), B. Koribalski (CSIRO))

XMM-Newton, ein von der Europäischen Weltraumorganisation und der NASA betriebenes Weltraumteleskop, hat ein riesiges kosmisches „Kleeblatt“ abgebildet, um dessen mysteriöse Ursprünge aufzudecken.

Das Kleeblatt ist ein Beispiel für einen „ungeraden Radiokreis“ oder ORC. Bei diesen Objekten handelt es sich um seltsame Lichtblasen, die so groß sind, dass sie das Tausendfache der Breite der Milchstraße ausmachen und somit eine ganze Galaxie umfassen können – manchmal sogar mehrere.

ORCs wurden 2019 entdeckt, als der Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) den treffend benannten ORC-1 entdeckte. Seitdem sind Radioüberwachungen des Kosmos empfindlich genug geworden, um weitere sieben ORCs zu entdecken, darunter das Kleeblatt, das Gegenstand der Beobachtungen von XMM-Newton ist.

Die Kraft, die für die Entstehung einer solchen Struktur erforderlich ist, ist immens, was die Astronomen dazu veranlasst, darüber nachzudenken, welche Ereignisse heftig genug sein könnten, um ORCs zu erzeugen. Dank der Beobachtungen von XMM-Newton gehen die Forscher davon aus, dass das Kleeblatt durch eine Kollision zwischen zwei Galaxiengruppen entstanden ist.

„Dies ist das erste Mal, dass jemand Röntgenemission in Verbindung mit einem ORC gesehen hat“, sagte Esra Bulbul, Leiterin des Teams hinter dieser Untersuchung und Astrophysikerin am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, in einer Erklärung. „Das war der fehlende Schlüssel, um das Geheimnis der Entstehung des Kleeblatts zu entschlüsseln.“

Wie man einen ORC röntgt

Eine Vielzahl von Computersimulationen hat versucht, die Entstehung von ORCs zu rekonstruieren, und es ist gelungen, die Formen dieser seltsamen Gebilde nachzubilden. Doch keine konnte die Intensität der ausgedehnten Radioemissionen nachbilden, die einen ORC ausmachen.

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Bulbul stellte jedoch fest, dass die ORCs bisher noch nicht im Röntgenlicht untersucht worden waren. Die Wissenschaftlerin kam zu dem Schluss, dass eine solche Untersuchung das fehlende Teil des Puzzles sein könnte. Gemeinsam mit Xiaoyuan Zhang, einem Postdoc des Max-Planck-Instituts, durchforstete sie die Daten des Extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array (eROSITA) auf der Suche nach solchen ORC-Emissionen.

Das Duo fand Daten über eine Röntgenemission, die mit dem Cloverleaf ORC in Verbindung zu stehen schien, die während nur 7 Minuten eROSITA-Beobachtungszeit gesammelt wurden. Obwohl es sich dabei um eine winzige Datenmenge handelte, reichte sie aus, um Bulbul zu veranlassen, ein größeres Team zusammenzustellen und fünfeinhalb Stunden Teleskopzeit mit XMM-Newton zu erhalten.

„Wir hatten wirklich Glück“, sagte Zhang in der Erklärung. „Wir haben in den eROSITA-Beobachtungen mehrere plausible Röntgenpunktquellen in der Nähe des ORC gesehen, aber nicht die ausgedehnte Emission, die wir mit XMM-Newton gesehen haben. Es stellte sich heraus, dass die eROSITA-Quellen nicht vom Kleeblatt stammen konnten, aber es war überzeugend genug, um uns zu veranlassen, einen genaueren Blick darauf zu werfen.“

Dieses Bild des ersten jemals entdeckten ORC (odd radio circle), der treffend ORC-1 genannt wird. (Bildnachweis: Bärbel Koribalski / ASKAP)

Ein Zusammenstoß zwischen Galaxien

Die von XMM-Newton beobachtete Röntgenemission des Kleeblatts zeigt die Verteilung des Gases innerhalb einer Gruppe von Galaxien, die in den ORC eingebettet sind. Dies ist so etwas wie ein Kreideumriss an einem Tatort.

Durch die Beobachtung, wie dieses Gas gestört wurde, konnte das Team erkennen, dass die Galaxien innerhalb des Kleeblatts eigentlich einmal Teil von zwei getrennten Gruppen waren, die sich zusammenzogen, kollidierten und verschmolzen.

Die Röntgenemission verriet auch die Temperatur des Gases in der Region, die bei etwa 15 Millionen Grad Fahrenheit (8,3 Millionen Grad Celsius) liegt. Je größer die Massen der Galaxien sind, die an einer galaktischen Anhäufung wie dieser beteiligt sind, desto größer ist der Gravitationseinfluss der Verschmelzung und desto schneller wird das Gas angezogen. All das wiederum erhöht die Temperatur des einfallenden Gases, so dass die Temperatur dieses Materials den Wissenschaftlern einen Hinweis darauf geben kann, wie viele Galaxien an der Fusion beteiligt waren. Man müsste nur rückwärts arbeiten.

„Aus dieser Messung können wir ableiten, dass der Kleeblatt-ORC von etwa einem Dutzend Galaxien beherbergt wird, die sich gegenseitig angezogen haben, was mit dem übereinstimmt, was wir in tiefen Bildern im sichtbaren Licht sehen“, sagte Zhang.

Das Team vermutet, dass die Radioemissionen des ORC von Teilchen erzeugt wurden, die durch Schockwellen beschleunigt wurden, die von den Galaxien ausgingen, als sie zusammenstießen.