Galaxienhaufen vergrößert ferne Supernova

Der Galaxienhaufen Abell 383 wurde vom Weltraumteleskop Hubble abgebildet. Um die Menge an Dunkler Materie zu bestimmen, wurde eine Supernova beobachtet, die in einer weit dahinter liegenden Galaxie explodierte. Die Bilder mit und ohne Supernova sind links oben eingeblendet.

Bildcredit: NASA, ESA, C. McCully (Rutgers U.) et al.

Wie kalibriert man eine riesige Gravitationslinse? In diesem Fall ist die Linse der Galaxienhaufen Abell 383. Er ist eine massereiche Ansammlung aus Galaxien, heißem Gas und Dunkler Materie. Der Haufen ist etwa 2,5 Milliarden Lichtjahre entfernt (Rotverschiebung z=0,187). Was kalibriert werden muss, ist die Masse des Haufens. Dazu zählt vor allem die Menge und Verteilung der Dunklen Materie.

Kürzlich wurde eine neue Methode zur Kalibrierung getestet. Dabei wartet man, bis sich hinter einem Galaxienhaufen eine sehr spezielle Supernova ereignet. Dabei zeigt sich, wie stark der Haufen die Supernova durch den Gravitationslinseneffekt vergrößert haben muss. Diese Technik ergänzt andere Methoden. Man kann damit berechnen, wie viel Dunkle Materie nötig ist, um die Bewegungen der Galaxien und von heißem Gas im Haufen zu erklären und um die Verzerrung der Gravitationslinsenbilder zu erzeugen.

Der Galaxienhaufen A383 wurde vom Weltraumteleskop Hubble abgebildet. Rechts zeigen die stark verzerrten Galaxien, die weit hinter dem Zentrum des Haufens liegen, dass er als Gravitationslinse geeignet ist.

Links sind zwei Bilder einer fernen Galaxie eingeschoben. Sie entstanden vor und nach einer kürzlich beobachteten Supernova. Bisher wurden zwei kalibrationstaugliche Supernovae vom Typ Ia hinter zwei anderen Galaxienhaufen entdeckt. Das geschah beim Projekt Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH).

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Der massereiche Galaxienhaufen El Gordo

Der rosarote Nebel im Bild zeigt die Röntgenstrahlung eines der massereichsten Galaxienhaufen, die wir kennen. Der blaue Nebel im Bild zeigt die berechnete Verteilung der Dunklen Materie, sie wurde anhand der Verzerrung dahinter liegender Galaxien berechnet.

Bildcredit: NASA, ESA, J. Jee (UC Davis) et al.

Es ist größer als eine Brotdose. Sogar viel größer als alle Brotladen der Welt. Der Galaxienhaufen ACT-CL J0102-4915 ist eines der größten und massereichsten Objekte, die wir kennen. Er ist sieben Milliarden Lichtjahre (z = 0.87) entfernt und hat den Spitznamen „El Gordo“. ACT-CL J0102-4915 ist etwa sieben Millionen Lichtjahre groß. Er enthält eine Masse von einer Billiarde (1.000.000.000.000.000) Sonnen.

Dieses Bild von El Gordo kombiniert ein Bild des Weltraumteleskops Hubble im sichtbaren Licht mit einem Röntgenbild des Chandra-Observatoriums. Es zeigt das heiße Gas in Rosarot. Eine computergenerierte Karte zeigt die wahrscheinlichste Verteilung der Dunklen Materie in Blau. Die Dunkle Materie wurde anhand der Verzerrung der Hintergrundgalaxien durch Gravitationslinsen berechnet.

Fast alle hellen Flecken sind Galaxien. Die Verteilung der blauen Dunklen Materie zeigt, dass sich der Haufen im mittleren Stadium einer Kollision zweier großer Galaxienhaufen befindet. Wenn man das Bild genau betrachtet, sieht man eine fast senkrechte Galaxie, die ungewöhnlich lang erscheint. Diese Galaxie ist in Wirklichkeit weit im Hintergrund. Ihr Bild ist durch den Gravitationslinseneffekt des massereichen Haufens gestreckt.

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Die Entkleidung von ESO 137-001

Links oben ist die Spiralgalaxie ESO 137-001, die durch einen Galaxienhaufen rast. Sie zieht eine blaue Spur aus aufgeheiztem, blau leuchtendem Gas hinter sich her, das vom intergalaktischen Medium hinausgedrückt wurde. Oben hinter der Galaxie sind Streifen neu entstandener blauer Sterne.

Bildcredit: NASA, ESA, CXC

Die Spiralgalaxie ESO 137-001 fliegt durch den massereichen Galaxienhaufen Abell 3627. Er ist etwa 220 Millionen Lichtjahre entfernt. Das farbige Kompositbild von Hubble und Chandra zeigt die ferne Galaxie hinter Sternen der Milchstraße im Sternbild Südliches Dreieck.

Die Galaxie rast mit fast 7 Millionen Kilometern pro Stunde dahin. Dabei wird ihr Gas und Staub abgestreift, weil der Staudruck des heißen, dünnen intergalaktischen Mediums im Haufen stärker ist als die Gravitation der Galaxie.

Im abgestreiften Material zeichnen sich kurze blaue Streifen ab, die hinterherziehen. Hubbles Daten im sichtbaren Licht zeigen, dass in den Streifen helle Sternhaufen entstanden sind. Röntgendaten von Chandra zeigen das gewaltige Ausmaß des aufgeheizten, abgestreiften Gases. Es sind die diffusen, dunkleren blauen Spuren, die nach rechts unten verlaufen. Sie sind mehr als 400.000 Lichtjahre lang.

Durch den beträchtlichen Verlust an Staub und Gas wird neue Sternbildung für diese Galaxie schwierig. Rechts neben ESO 137-001 befindet sich eine gelbliche elliptische Galaxie. Sie besitzt zu wenig Gas und Staub, um Sterne zu bilden.

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Hubble zeigt die anämische Spirale NGC 4921

Die abgebildete Spiralgalaxie ist direkt von oben zu sehen. Der helle Kern in der Mitte ist länglich, die Spiralarme wirken nebelig und verschwommen, dazwischen sind einige Ranken aus dunklem Staub verteilt.

Bildcredit: DatenHubble-Vermächtnisarchiv, ESA, NASA; Bearbeitung – Roberto Colombari

Wie weit ist die Spiralgalaxie NGC 4921 entfernt? Ihre Distanz wird derzeit auf etwa 310 Millionen Lichtjahre geschätzt. Wenn man sie genau bestimmt, hilft das der Menschheit – zusammen mit der genauen Geschwindigkeit, mit der sie sich entfernt -, die Expansionsgeschwindigkeit des ganzen sichtbaren Universums zu kalibrieren.

Für diese Kalibrierung nahm das Weltraumteleskop Hubble mehrere Bilder auf. Damit versuchte man, einige Schlüsselmarker für Sterndistanzen finden. Es sind die veränderlichen Cepheiden. NGC 4921 ist Mitglied des Coma-Galaxienhaufens. Die genaue Entfernung zu dieser Galaxie wäre also auch die genauere Entfernung zu einem der nächstgelegenen Haufen im lokalen Universum.

Die Spiralgalaxie NGC 4921 wird wegen ihrer geringen Sternbildungsrate und Oberflächenhelligkeit informell als anämisch bezeichnet. Das Bild zeigt – von innen nach außen – einen hellen Kern, einen markanten Zentralbalken und einen auffälligen Ring aus dunklem Staub. Auch blaue Haufen aus kürzlich entstandenen Sternen sind zu sehen. Dahinter befinden sich mehrere kleinere Begleitgalaxien sowie Galaxien im fernen Universum. Die Sterne im Bild befinden sich in unserer Milchstraße. Sie sind nicht mit NGC 4921 verbunden.

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Hubble-Remix: die aktive Galaxie NGC 1275

Vor einem diffusen hellen Galaxienkern verlaufen relativ stabild Filamente, die purpurn leuchten.

Bildcredit: DatenHubble-Vermächtnisarchiv, ESA, NASA; BearbeitungAl Kelly

Die aktive Galaxie NGC 1275 ist das zentrale, markante Mitglied des großen Perseus-Galaxienhaufens, der relativ nahe liegt. In sichtbaren Wellenlängen wirkt sie ungestüm, ist aber auch eine gewaltige Quelle an Röntgen- und Radioemissionen.

NGC 1275 sammelt Materie an. Ganze Galaxien fallen in sie hinein und speisen am Ende ein sehr massereiches Schwarzes Loch im Kern der Galaxie. Dieses Farbkompositbild wurde aus Archivdaten des Weltraumteleskops Hubble neu erstellt. Es betont die daraus resultierenden galaktischen Trümmer und Filamente aus leuchtendem Gas. Manche davon sind bis zu 20.000 Lichtjahre lang. Die Filamente bleiben in NGC 1275 bestehen, obwohl der Tumult galaktischer Kollisionen sie eigentlich zerstören sollte.

Was hält die Fasern zusammen? Beobachtungen lassen vermuten, dass die Strukturen, die durch die Aktivität des Schwarzen Loches vom Zentrum der Galaxie ausgestoßen werden, durch Magnetfelder zusammengehalten werden. NGC 1275 ist auch als Perseus A bekannt. Sie umfasst mehr als 100.000 Lichtjahre und ist etwa 230 Millionen Lichtjahre von uns entfernt.

Lesetipp: APOD auf Spiegelsites

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Die dichteste Galaxie

Links oben leuchtet das helle Zentrum der elliptischen Galaxie M60 im Virgohaufen. In der Mitte befindet sich die ultra-dichte Zwerggalaxie M60-UCD1.

Credit: NASA, ESA, Hubble-Vermächtnisteam (STScI/AURA), Jay Strader (Michigan St. Univ.) et al.

Der helle Kern und die äußeren Bereiche der gewaltigen elliptischen Galaxie M60 (auch NGC 4649) leuchten auf dieser scharfen Nahaufnahme des Weltraumteleskops Hubble links oben. M60 ist an die 54 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie und einen Durchmesser von 120.000 Lichtjahren und ist eine der größten Galaxien im nahe gelegenen Virgo-Galaxienhaufen.

Im kosmischen Vergleich wurde der kleine runde Klecks in der Bildmitte nun als ultra-kompakte Zwerggalaxie erkannt. Sie ist als M60-UCD1 katalogisiert und ist vielleicht die dichteste Galaxie im nahen Universum. Die Zwerggalaxie enthält insgesamt 200 Millionen Sonnenmassen. Da sich die Hälfte davon in einem Radius von nur 80 Lichtjahren konzentriert, liegen die Sterne in der inneren Region von M60-UCD1 durchschnittlich 25-mal enger beisammen als in der Milchstraße in der Umgebung des Planeten Erde.

Um die Natur von M60-UCD1 zu erforschen, versucht man herauszufinden, ob die ultra-kompakte Zwerggalaxie der zentrale Überrest größerer Galaxien ist, die bei nahen Begegnungen durch die Gezeiten abgeschält wurden. Vielleicht ist sie aber auch aus einem massereichen Kugelsternhaufen entstanden.

In der Mitte wurde kürzlich eine helle Röntgenquelle entdeckt. Sie könnte von einem sehr massereichen Schwarzen Loch stammen. Falls das stimmt, spricht das für die These, dass M60-UCD1 ein Galaxienrest ist.

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Der Galaxienhaufen Abell 1689 lenkt Licht ab

Helle, verschwommen wirkende Galaxien drängen sich in der Mitte dieses Bildes. Im Umkreis sind blaue, schmale Bögen zu finden, es sind Galaxien, deren Bilder von der Gravitation des Haufens verzerrt wurden.

Credit: NASA, ESA, Hubble-Vermächtnisteam (STScI/AURA) sowie J. Blakeslee (NRC Herzberg, DAO) und H. Ford (JHU)

Hier ist eines der massereichsten Objekte im sichtbaren Universum. Diese Ansicht entstand mit der Advanced Camera for Surveys (ACS) an Bord des Weltraumteleskops Hubble.

Im Bild krümmt der Galaxienhaufen Abell 1689 sichtlich den Raum. Das wurde von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Der Haufen krümmt das Licht einzelner Galaxien, die hinter dem Haufen liegen. Dabei entstehen gekrümmte Mehrfachbilder. Die Stärke der gewaltigen Gravitationslinse wird von ihrer Masse bestimmt.

Doch die sichtbare Materie in Form der gelblichen Galaxien im Haufen bildet nur etwa ein Prozent der Masse, die für die beobachteten bläulichen Bogenbilder der Hintergrundgalaxien nötig wäre. Tatsächlich hat ein Großteil der Gravitationsmasse, die eine Krümmung des Raumes in diesem kosmischen Ausmaß erklären könnte, eine Form der immer noch rätselhaften Dunklen Materie.

Dunkle Materie ist die überwiegende Gravitationsquelle in Abell 1689, doch ihre Anwesenheit wird nur durch die gekrümmten Bögen und verzerrten Bilder der Hintergrundgalaxien sichtbar. Überraschend ist, dass eine genaue Untersuchung dieses Bildes mehr als 100.000 Kugelsternhaufen im Galaxienhaufen zum Vorschein bringt.

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Blick durch Abell 68

Dieses Hubble-Bild zeigt den Galaxienhaufen Abell 68. Es veranschaulicht die Funktion einer natürlichen Gravitationslinse.

Credit: NASA, ESA, Hubble-Vermächtnis/ESA-Hubble-ArbeitsgemeinschaftDanksagung: Nick Rose

Möchtet ihr einen Galaxienhaufen als Teleskop benützen? Es ist einfacher, als ihr denkt. Ferne Galaxienhaufen sind natürliche starke Gravitationslinsen. Die Gravitationsmasse des Haufens besteht großteils aus Dunkler Materie. Im Einklang mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie krümmt sie Licht, das von dahinter kommt. So entstehen vergrößerte und verzerrte Bilder von Galaxien im Hintergrund, die noch weiter entfernt sind.

Dieses scharfe Infrarotbild von Hubble zeigt die Funktion des Galaxienhaufens Abell 68 als Gravitationsteleskop. Es wurde von dem Amateurastronomen Nick Rose beim Wettbewerb „ESA-Hubbles verborgene Schätze“ untersucht.

Wenn ihr den Mauspfeil über das Bild schiebt, seht ihr Markierungen im Bild. Die Markierungen 1 und 2 zeigen zwei Linsenbilder derselben Hintergrundgalaxie. Das verzerrte Galaxienbild mit der Markierung 2 ähnelt einem klassischen Space Invader!

Markierung 3 zeigt eine unverzerrte Haufengalaxie, deren Gas abgestreift wird, während sie durch das dichtere intergalaktische Medium pflügt. Markierung 4 zeigt viele Hintergrundgalaxien. Sie sind als längliche Streifen und Bögen abgebildet.

Der Galaxienhaufen Abell 68 ist etwa 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Füchslein (Vulpecula). Die Zentralregion des Haufens auf der Hubble-Ansicht ist mehr als 1,2 Millionen Lichtjahre breit.

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