Wie man das Unsichtbare sichtbar macht

Astronomen haben viel mit Forensikern gemeinsam. Sie schließen aus Spuren auf die Ereignisse, die zur Entstehung dieser Spuren geführt haben könnten. Sie fotografieren und betrachten das, was von diesen Ereignissen sichtbar ist, um dann auch ihre unsichtbaren Teile erfassen zu können. Sehr vieles bleibt im Universum unsichtbar: Schwarze Löcher, Dunkle Materie oder Dunkle Energie, die wir all nur über ihre Wirkungen sehen, sind sicher am prominentesten. Aber auch Magnetfelder spielen eine wichtige Rolle. Sie geben den Rahmen vor, in dem sich geladene Teilchen in Galaxien bewegen.

Wenn etwa Galaxienhaufen durch Kollisionen mit der umgebenden Materie wachsen, erzeugen sie in ihrem verdünnten Plasma Bugschocks und Wirbel. Die durch diese Aktivitäten hervorgerufene Plasmabewegung kann magnetische Schichten innerhalb der Galaxienhaufen erzeugen und so virtuelle Wände aus magnetischer Kraft bilden. Diese magnetischen Strukturen lassen sich jedoch nur indirekt beobachten, wenn etwas mit ihnen wechselwirkt. Da es jedoch schwierig ist, solche Wechselwirkungen auch tatsächlich zu identifizieren, verstehen die Astronomen die Natur der Magnetfelder innerhalb von Galaxienhaufen bisher nicht wirklich. Ein neuer Ansatz zur Kartierung der Magnetfelder wäre da sehr hilfreich.

Neue Beobachtungen und Simulationen zeigen nun, dass Jets von Hochgeschwindigkeits-Teilchen, die vom zentralen Schwarzen Loch in der hellsten Galaxie eines Galaxienhaufens emittiert werden, genau dafür geeignet sind. Diese Erkenntnisse geben den Astronomen ein neues Werkzeug an die Hand, um bisher unerforschte Aspekte von Galaxienhaufen zu untersuchen.

Ein internationales Team von Astronomen hat mit dem MeerKAT-Radioteleskop in der nördlichen Karoo-Wüste in Südafrika eine helle Galaxie im verschmelzenden Galaxienhaufen Abell 3376, bekannt als MRC 0600-399, beobachtet. MRC 0600-399 befindet sich in einer Entfernung von mehr als 600 Millionen Lichtjahren in Richtung des Sternbilds Taube und ist dafür bekannt, dass sie ungewöhnliche Jet-Strukturen aufweist, die in einem 90-Grad-Winkel gebogen sind. Frühere Röntgenbeobachtungen ergaben, dass MRC 0600-399 der Kern eines Subhaufens ist, der den Hauptgalaxienhaufen durchdringt, was auf das Vorhandensein starker magnetischer Schichten an der Grenze zwischen Haupt- und Subhaufen hinweist. Diese Eigenschaften machen MRC 0600-399 zu einem idealen Labor, um die Wechselwirkungen zwischen Jets und starken magnetischen Schichten zu untersuchen.

Die MeerKAT-Beobachtungen enthüllten noch nie dagewesene Details der Jets. Am auffälligsten ist eine schwache Doppelsensen-Struktur, die sich in die entgegengesetzte Richtung der Knickpunkte erstreckt und eine T-Form bildet. Diese neuen Details zeigen, dass es sich um eine sehr chaotische Kollision handelt, ähnlich wie bei einem Wasserstrahl, der auf eine Glasscheibe trifft. Um die beobachtete Form der Jets und die zugrundeliegende Magnetfeldkonfiguration zu erklären, sind spezielle Computersimulationen erforderlich, wie das Teammitglied Takumi Ohmura sie auf dem Supercomputer ATERUI II durchführte. Die Simulationen gingen von einem bogenförmigen, starken Magnetfeld aus und vernachlässigten Details wie Turbulenzen und die Bewegung der Galaxie. Dieses einfache Modell liefert eine gute Übereinstimmung mit den Beobachtungen, was darauf hindeutet, dass das in der Simulation verwendete Magnetfeldmuster die tatsächliche Magnetfeldstärke und -struktur um MRC 0600-399 widerspiegelt. Noch wichtiger ist, dass es zeigt, dass die Simulationen generell die zugrundeliegende Physik erfolgreich darstellen können, so dass sie sich auf andere Objekte anwenden lassen, um komplexere Magnetfeldstrukturen in Galaxienhaufen zu charakterisieren. Dies bietet den Astronomen eine neue Möglichkeit, das magnetische Universum zu verstehen.

Die gebogenen Jet-Strukturen, die von MRC 0600-399 emittiert werden, wie sie vom MeerKAT-Radioteleskop beobachtet wurden (links), werden von der auf ATERUI II durchgeführten Simulation gut wiedergegeben (rechts). Die nahe gelegene Galaxie B, die im linken Teil des MeerKAT-Bildes sichtbar ist, beeinflusst den Jet nicht und wurde in der Simulation ausgeschlossen. (Credit: Chibueze, Sakemi, Ohmura et al. (MeerKAT-Bild); Takumi Ohmura, Mami Machida, Hirotaka Nakayama, 4D2U-Projekt, NAOJ (ATERUI II-Bild))

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.