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Neuer Röntgenspäher am Start

Die Röntgenastronomen sind gespannt: Im Jahr 2014 soll der russische Satellit Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG) von Baikonur aus starten. Das Hauptinstrument an Bord heißt eRosita und soll mit bisher unerreichter spektraler und räumlicher Auflösung die erste vollständige Himmelsdurchmusterung im mittleren Röntgenbereich bis zehn Kiloelektronenvolt vornehmen.

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<p><span class="custom_marker">Sollten die Kosmologen Recht haben, dann gibt es im All eine neue Form von Materie, die sechsmal häufiger vorkommt als die uns bekannte. Sie ist unsichtbar und heißt daher Dunkle Materie. Vor 80 Jahren erstmals postuliert, steht ihr direkter Nachweis bis heute aus. Forscher am Max-Planck-Institut für Physik in München und am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg wollen das kosmische Rätsel in den kommenden Jahren lösen.</span></p>

Die Jagd nach dem Unsichtbaren

17. Dezember 2012

Sollten die Kosmologen Recht haben, dann gibt es im All eine neue Form von Materie, die sechsmal häufiger vorkommt als die uns bekannte. Sie ist unsichtbar und heißt daher Dunkle Materie. Vor 80 Jahren erstmals postuliert, steht ihr direkter Nachweis bis heute aus. Forscher am Max-Planck-Institut für Physik in München und am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg wollen das kosmische Rätsel in den kommenden Jahren lösen.

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Als das All vor 13,7 Milliarden Jahren auf die Welt kam, gab es zunächst nur Strahlung. Doch wenige hundert Millionen Jahre später war der Raum erfüllt mit Galaxien – ungemein produktiven Sternfabriken, die nicht so recht ins Bild einer allmählichen kosmischen Evolution passen. Forscher wie Fabian Walter vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie versuchen, Licht in die dunkle Epoche des Universums zu bringen.

Sternenfabriken am Ende der Welt

20. Dezember 2012

Als das All vor 13,7 Milliarden Jahren auf die Welt kam, gab es zunächst nur Strahlung. Doch wenige hundert Millionen Jahre später war der Raum erfüllt mit Galaxien – ungemein produktiven Sternfabriken, die nicht so recht ins Bild einer allmählichen kosmischen Evolution passen. Forscher wie Fabian Walter vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie versuchen, Licht in die dunkle Epoche des Universums zu bringen.

Astrophysik

Die Architektur des Alls

Forscher am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching beobachten Galaxienhaufen und entziffern damit den Bauplan des Universums

28. Januar 2013

Das Universum gleicht einer unfassbar großen Honigwabe. Gigantische Galaxienhaufen besetzen die Knotenpunkte der wächsernen Wände um die Zellen aus leerem Raum. Hans Böhringer vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching untersucht diese Ansammlungen von Milchstraßen. Dabei begegnet er den unsichtbaren Seiten des Weltalls.

Text: Helmut Hornung

Was das Auge nicht sieht: Rund 400 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt treibt der Comahaufen im All. Optische Teleskope zeigen nur die einzelnen Galaxien (graue Flecken). Röntgenspäher wie der Satellit Rosat hingegen enthüllen eine ausgedehnte Gasatmosphäre (rot). Bild vergrößern
Was das Auge nicht sieht: Rund 400 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt treibt der Comahaufen im All. Optische Teleskope zeigen nur die einzelnen Galaxien (graue Flecken). Röntgenspäher wie der Satellit Rosat hingegen enthüllen eine ausgedehnte Gasatmosphäre (rot). [weniger]

Das Foto ist ziemlich düster, weite Teile glimmen in einem violetten Schwarz. Aber vor allem in der oberen Hälfte ändert sich das Bild: Da erhellen Abermillionen Lichter die Szene. Die meisten scheinen nicht isoliert, sondern reihen sich zu funkelnden Ketten aneinander, bilden netzförmige Muster mit hellen Klecksen. Die US-Raumfahrtbehörde Nasa hat das Foto Anfang Dezember 2012 veröffentlicht, der Satellit Suomi NPP die Einzelaufnahmen geschossen, aus denen es zusammengesetzt ist. Es zeigt – die Erde bei Nacht.

Das Bild weckt bei jedem Betrachter andere Assoziationen. In beeindruckender Weise spiegelt sich das Nord-Süd-Gefälle auf unserem Planeten wider: Viele Lichter bedeuten große Städte und dichte Besiedelung wie in Europa oder Nordamerika; Afrika ist, mit Ausnahme der Südspitze, nahezu schwarz. Einen Astronomen wiederum mag das Bild an Überirdisches erinnern. An nicht weniger als den Bau des Weltalls. Denn betrachtet man das Universum als Ganzes, wirkt es keineswegs homogen. Vielmehr durchziehen Filamente den Raum und bilden ein Netzwerk, das den Blasenwänden eines kosmischen Schaumbads gleicht. Oder den Zellwänden einer Honigwabe. Die hellen Strukturen markieren dabei die Ballungsräume der Materie, die dunklen sind gigantische Leeren, voids genannt.

Wie kommt das Weltall zu solch einer wabenförmigen Struktur? Um das herauszufinden, betreibt Hans Böhringer am Garchinger Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik so etwas wie Kosmografie – kosmische Geografie: Ähnlich wie die hellen Lichter auf den Nasa-Bildern den Konturen der Kontinente folgen, zeichnen Galaxienhaufen die Architektur des Alls nach. Viele von ihnen würden demnach den Großstädten entsprechen. Auch unsere Milchstraße ist Teil eines Haufens: der Lokalen Gruppe. Diese hat etwa 40 Mitglieder und gleicht eher einem Vorort; wenigstens gehört sie zu einer Megacity, dem Virgo-Superhaufen.

„Galaxienhaufen sind die größten klar definierten Objekte im Universum“, sagt Böhringer. Sie umfassen bis zu einige Tausend Milchstraßen, jede ein System aus Milliarden von Sternen, Gas- und Staubwolken. Unsere Sonne ist einer von ungefähr 200 Milliarden Sternen, die zusammen mit der interstellaren Materie eine solche Galaxie bilden. Die Schwerkraft, die auf der Erde einen Stein zu Boden fallen lässt, bindet die Galaxien eines Haufens mit unsichtbaren Ketten aneinander. „Unsichtbar“ – ein Wort, das Böhringers Forschungen bestimmt.

Himmel und Erde: Das kosmische Netz aus Materiefilamenten (links) hat verblüffende Ähnlichkeit mit Aufnahmen unseres Planeten bei Nacht (rechts). Die hellen Knoten markieren jeweils Ballungsräume – Materie im einen, Städte im anderen Fall. Bild vergrößern
Himmel und Erde: Das kosmische Netz aus Materiefilamenten (links) hat verblüffende Ähnlichkeit mit Aufnahmen unseres Planeten bei Nacht (rechts). Die hellen Knoten markieren jeweils Ballungsräume – Materie im einen, Städte im anderen Fall. [weniger]

Der Raum ist leer – nach irdischen Maßstäben

Zum einen ist da die Dunkle Materie, die fast ein Viertel des Weltalls ausmacht. Die ersten Hinweise auf diesen bis heute rätselhaften Stoff fand Fritz Zwicky im Jahr 1933 bei der Beobachtung des Comahaufens, eines 400 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxienhaufens mit mehr als 1000 Mitgliedern. Der schweizerische Astronom schätzte, dass das 400-Fache der sichtbaren Masse nötig sei, um das Gebilde als Ganzes in Form zu halten; die Schwerkraft der sichtbaren Milchstraßen reicht dazu bei Weitem nicht aus.

Galerie der Galaxien: Auf den Bildern ferner Haufen haben die Wissenschaftler die Strahlungsintensität der Röntgenhalos farblich codiert. Das Gas – ein Plasma aus Ionen und Elektronen – hat extrem hohe Temperaturen von mehreren Dutzend bis 100 Millionen Grad. Die Spektralanalyse liefert noch weitere wichtige Daten über das intergalaktische Medium, etwa dessen chemische Zusammensetzung. Bild vergrößern
Galerie der Galaxien: Auf den Bildern ferner Haufen haben die Wissenschaftler die Strahlungsintensität der Röntgenhalos farblich codiert. Das Gas – ein Plasma aus Ionen und Elektronen – hat extrem hohe Temperaturen von mehreren Dutzend bis 100 Millionen Grad. Die Spektralanalyse liefert noch weitere wichtige Daten über das intergalaktische Medium, etwa dessen chemische Zusammensetzung. [weniger]

Zum Zweiten steckt in einem Galaxienhaufen jede Menge heißes Gas. Der Raum zwischen den einzelnen Sternsystemen ist praktisch leer – aber nur für irdische Verhältnisse. „Die Dichte liegt um viele Größenordnungen unter der eines Laborvakuums“, sagt Böhringer. „Dennoch gibt es genügend Teilchen, sodass sich die Gesamtmasse des Gases zum Fünffachen der Masse aller Gala­xien aufaddiert.“ Um die hohen Temperaturen des galaktischen Gases zu verstehen, genügt einfache Physik.

In den Comahaufen etwa fällt das Material mit einer Geschwindigkeit von 1000 Kilometern pro Sekunde ein. Während dieses Sturzflugs wandelt es seine potenzielle Energie in kinetische um. Mit Überschallgeschwindigkeit prallt das einstürzende Gas auf solches, das sich bereits im Haufen zwischen den Galaxien befindet. Bei der Kollision werden die Teilchen abgebremst, aus Bewegung entsteht Wärme. Die typischen Temperaturen liegen bei einigen Dutzend bis zu 100 Millionen Grad. Und die Masse des Materials ist auch nicht gerade zu verachten: „Im Comahaufen entspricht die Gasmasse ungefähr der von einer Billiarde Sonnen“, sagt Hans Böhringer.

 
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