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EROSITA
Verschmelzungen im Coma-Galaxienhaufen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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1. Februar 2021

Galaxienhaufen sind dynamische Systeme, die durch Kollisionen und Verschmelzungen ständig weiter wachsen. Durch diesen Prozess sollten in der Verteilung der Materie innerhalb der Haufen verschiedene Strukturen entstehen. Beobachtungen des Coma-Galaxienhaufens mit dem Röntgenteleskop eROSITA haben diese Strukturen nun sichtbar gemacht.

Coma-Haufen

Röntgenbild des Coma-Haufens im 0,4-2 keV-Band, aufgenommen von eROSITA. Die Seitenlänge des Bildes beträgt ~6 Grad, was in der Entfernung des Haufens etwa 33 Millionen Lichtjahre entspricht. Die logarithmische Farbkodierung umfasst 5 Größenordnungen. Der Haupthaufen ist gerade dabei, mit der Gruppe NGC 4839 zu verschmelzen (der helle Fleck rechts unten vom Coma-Haufen). Bild: SRG/eROSITA, IKI  [Großansicht]

Der Coma-Haufen (oder Abell 1656) ist ein ganz besonderer Galaxienhaufen. Er ist sehr massereich (mit Tausenden von Galaxien) und relativ nahe (nur rund 300 Millionen Lichtjahre entfernt), und er ist das allererste Objekt, in dem Fritz Zwicky 1933 das Vorhandensein von Dunkler Materie nachwies. Im Radiobereich war er der erste Sternhaufen, in dem in den 1950er Jahren ein sogenannter Radiohalo gefunden wurde.

Aufgrund seiner Nähe ist Coma ein attraktives Ziel für Studien in allen Energiebändern, obwohl die enorme Winkelgröße des Haufens diese Aufgabe oft erschwert. Im Röntgenband ist das SRG-Observatorium mit den Teleskopen eROSITA und ART-XC speziell für Weitwinkelbeobachtungen ausgelegt und konnte daher den Coma-Haufen in seiner Gesamtheit erfassen. Das Röntgenbild, das während der ersten beiden Rasterscan-Beobachtungen des gesamten Himmels erstellt wurde, zeigt eine Region (mit einer Ausdehnung von etwa 33 Millionen Lichtjahren in der Entfernung des Haufens).

Neben einer Vielzahl von Quellen (meist weit entfernte aktive Galaxienkerne) sind zwei helle, diffuse Flecken zu erkennen, die dem Haupthaufen und der Gruppe NGC 4839 (rechts unten vom Zentrum) entsprechen. Der Haufen und die Gruppe verschmelzen gerade. Tatsächlich hat NGC 4839 den Kern des Haupthaufens bereits einmal durchquert und ist dabei, wieder zurückzufallen.

Numerische Simulationen sagen eine Reihe von Signaturen voraus, die in diesem besonderen Stadium der Verschmelzung auftreten sollten. Die Bugstoßwelle, die von NGC 4839 während seines ersten Durchgangs durch den Haupthaufen erzeugt wurde, sollte sich jetzt in den Außenbezirken des Haufens befinden, während das aus dem Kern des Haupthaufens verdrängte Gas zurückfällt und eine "sekundäre" Stoßwelle bildet. Die neuen Daten, die mit SRG/eROSITA gewonnen wurden, belegen, dass die Struktur auf der rechten (westlichen) Seite des Kerns, die sich bis zu einigen Millionen Lichtjahren erstreckt genau dieser "sekundären" Stoßwelle entspricht.

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Ergänzende Informationen lassen sich auch auf der Basis des sogenannten Sunyaev-Zeldovich-Effekts gewinnen: Das Verhältnis des eROSITA-Röntgenbildes und des Planck-Mikrowellenbildes des Coma-Haufens liefert einen Näherungswert für eine Gastemperaturkarte. Wie im Fusionsszenario erwartet, ist der Kern des Haupthaufens heiß, während die weniger massereiche NGC4839-Gruppe einen Teil ihres kühlen Gases behalten konnte. Eine weitere interessante Folge des Fusionsszenarios ist, dass der Radiohalo, der von der sekundären Stoßwelle umschlossen wird, tatsächlich bereits zwei Stoßwellen durchlaufen hat – das erste Mal die Bugstoßwelle, die von NGC 4839 bei der Durchquerung des Coma-Kerns getrieben wurde, und in jüngerer Zeit die sekundäre Stoßwelle.

Die SRG-Raumsonde wurde am 13. Juli 2019 mit einer Proton-Trägerrakete vom Kosmodrom Baikonur gestartet. Das SRG-Observatorium wurde unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen des russischen föderalen Raumfahrtprogramms auf Initiative der Russischen Akademie der Wissenschaften, vertreten durch ihr Institut für Weltraumforschung (IKI), gebaut. Das Observatorium trägt zwei einzigartige Röntgen-Teleskope: das russische ART-XC und das vom Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik entwickelte Teleskop eROSITA.

Die Ergebnisse präsentiert das Team in mehreren Fachartikeln, von denen einer bereits in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde.

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Links im WWW
 Churazov et al. (2021): Tempestuous life beyond R_500: X-ray view on the Coma cluster with SRG/eROSITA. I. X-ray morphology, recent merger, and radio halo connection (arXiv.org-Preprint)
Zhang, Churazov und Zhuravleva (2021): Pairs of giant shock waves (N-waves) in merging galaxy clusters, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 501, 1038 (arXiv.org-Preprint)
Max-Planck-Institut für Astrophysik
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