Ein internationales Wissenschaftlerteam hat eine enorme Welle heißen Gases entdeckt, die sich durch den Perseus-Galaxienhaufen rollt. Die Welle ist eine gigantische Version einer sogenannten Kelvin-Helmholtz-Welle. Sie entstehen, wenn sich zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten schneiden: Zum Beispiel, wenn Wind über Wasser weht.
In diesem Fall wurde die Welle durch einen kleinen Galaxienhaufen verursacht, der den Perseus-Haufen streifte und eine Kette von Ereignissen auslöste, die Milliarden von Jahren dauerten. Die Ergebnisse erscheinen in einem Artikel in der Juni 2017-Ausgabe der Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society.
"Die Welle, die wir identifiziert haben, ist mit dem Vorbeiflug eines kleineren Clusters verbunden, was zeigt, dass die Fusionsaktivität, die diese riesigen Strukturen hervorgebracht hat, noch andauert." - Stephen Walker, Goddard Space Flight Center der NASA.
"Perseus ist einer der massereichsten Cluster in der Nähe und der hellste in Röntgenstrahlen. Chandra-Daten liefern uns beispiellose Details", sagte der leitende Wissenschaftler Stephen Walker vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. "Die Welle, die wir identifiziert haben, ist mit dem Vorbeiflug eines kleineren Clusters verbunden, was zeigt, dass die Fusionsaktivität, die diese riesigen Strukturen hervorgebracht hat, noch andauert."
Der Perseus-Galaxienhaufen, auch bekannt als Abell 426, ist 240 Millionen Lichtjahre entfernt und hat einen Durchmesser von etwa 11 Millionen Lichtjahren. Es ist eines der massereichsten Objekte, die wir kennen, und es ist nach der Perseus-Konstellation benannt, die im selben Teil des Himmels erscheint.
Galaxienhaufen sind die größten gravitationsgebundenen Objekte im Universum. Der größte Teil der beobachtbaren Materie in Galaxienhaufen ist Gas. Aber das Gas ist super heiß - zig Millionen Grad heiß - was bedeutet, dass es Röntgenstrahlen aussendet.
Röntgenbeobachtungen von Perseus haben verschiedene Merkmale und Strukturen in der Gasstruktur des Clusters gezeigt. Einige von ihnen sind blasenähnliche Merkmale, die durch das supermassive Schwarze Loch (SMBH) in NGC 1275, der zentralen Galaxie des Perseus-Clusters, verursacht werden. Ein weiteres dieser Merkmale ist als "die Bucht" bekannt. Die Bucht ist ein konkaves Merkmal, das von der SMBH nicht gebildet werden konnte.
Die Bucht ist ein Rätsel, da sie keine Emissionen erzeugt, die von einem SMBH erwartet werden. Die Bucht entspricht auch nicht den Modellen, wie sich Gas in dieser Situation verhalten sollte.
Der leitende Wissenschaftler hinter der Studie ist Stephen Walker vom Goddard Space Flight Center der NASA. Walker wandte sich an das Chandra-Röntgenobservatorium, um dieses Rätsel zu lösen. Bestehende Chandra-Bilder des Perseus-Clusters wurden gefiltert, um die Kanten von Strukturen hervorzuheben und subtile Details besser sichtbar zu machen.
Diese gefilterten und verarbeiteten Bilder wurden dann mit Computersimulationen der Verschmelzung von Galaxienhaufen verglichen. John ZuHone, Astrophysiker am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, hat einen Online-Katalog dieser Simulationen erstellt.
"Zusammenschlüsse von Galaxienhaufen stellen das neueste Stadium der Strukturbildung im Kosmos dar." -John ZuHone, Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik.
„Zusammenschlüsse von Galaxienhaufen stellen das neueste Stadium der Strukturbildung im Kosmos dar. Hydrodynamische Simulationen von verschmelzenden Clustern ermöglichen es uns, Merkmale im heißen Gas zu erzeugen und physikalische Parameter wie das Magnetfeld abzustimmen. Dann können wir versuchen, die detaillierten Eigenschaften der Strukturen, die wir in Röntgenstrahlen beobachten, anzupassen. “ -John ZuHone, Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik.
Eine der Simulationen stimmte mit dem überein, was Astronomen in Perseus sahen. Darin hatte sich ein großer Cluster wie Perseus in zwei Regionen niedergelassen: eine kältere Gasregion um 30 Millionen Grad Celsius und eine heißere Gasregion mit fast 100 Millionen Grad Celsius. In diesem Modell verläuft ein Cluster, das kleiner als Perseus ist, aber etwa tausendmal so massereich wie die Milchstraße, in der Nähe von Perseus und verfehlt sein Zentrum um etwa 650.000 Lichtjahre.
Das geschah vor ungefähr 2,5 Milliarden Jahren und löste eine Kette von Ereignissen aus, die sich immer noch abspielten.
Der Beinaheunfall verursachte eine Gravitationsstörung, die eine expandierende Spirale des kälteren Gases erzeugte. Am Rand der Spirale aus kälterem Gas hat sich eine enorme Gaswelle gebildet, die sich mit dem heißeren Gas schneidet. Dies ist die Kelvin-Helmholtz-Welle, die auf den Bildern zu sehen ist.
"Wir glauben, dass das Buchtmerkmal, das wir in Perseus sehen, Teil einer Kelvin-Helmholtz-Welle ist, der vielleicht größten, die bisher identifiziert wurde und die sich ähnlich wie in der Simulation gebildet hat", sagte Walker. "Wir haben ähnliche Merkmale auch in zwei anderen Galaxienhaufen identifiziert, Centaurus und Abell 1795."
Die Studie bot einen weiteren Vorteil neben dem Erkennen einer unglaublich großen Welle. Damit konnte das Team die magnetischen Eigenschaften des Perseus-Clusters messen. Die Forscher entdeckten, dass die Stärke des Magnetfelds im Cluster die Größe der Gaswelle beeinflusst. Wenn das Feld zu stark ist, bilden sich die Wellen überhaupt nicht und wenn das Magnetfeld zu schwach ist, wären die Wellen noch größer.
Nach Angaben des Teams ist kein anderer Weg bekannt, um das Magnetfeld zu messen.
Quelle: Wissenschaftler finden Riesenwellen, die durch den Perseus-Galaxienhaufen rollen
