STARTSEITE English Kontakt Sitemap Impressum INTRANET
Link zur MPE Hauptseite

Link zur Max-Planck-Gesellschaft

  Max-Planck-Institut
  für extraterrestrische Physik

 

Aktuelles
Verweis MPE
Verweis Institut
Verweis Aktuelles
Verweis Forschung
Verweis Projekte
Verweis Kollaborationen
Verweis IMPRS - Astro
Verweis Öffentlichkeits-
arbeit
Verweis Veröffentlichungen
Verweis Links
 
Verweis Astronomy
Resources
  VerweisMPE   VerweisAktuelles   Zeiger20100125
MPE: Aktuelles vom 25. Januar 2010

XMM-Newton spürt Dunkle Materie auf

Durch Beobachtungen von schwachen, entfernten Galaxiengruppen, die mit dem XMM-Newton-Observatorium der Europäischen Raumfahrtagentur ESA durchgeführt wurden, konnte die Entwicklung der räumlichen Verteilung dunkler Materie weiter untersucht werden. Die Ergebnisse der Studie, an der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching beteiligt sind, wurden kürzlich im renommierten Astrophysical Journal veröffentlicht.

Die Dunkle Materie ist ein geheimnisvoller, unsichtbarer Bestandteil des Universums, der sich nur durch seine gravitativen Auswirkungen verrät. Diese Komponente des Alls besser zu verstehen ist eine der zentralen Aufgaben der modernen Kosmologie. Eine mögliche Methode besteht für Astronomen darin, das Verhältnis von Masse zu Leuchtkraft bei Galaxienhaufen zu untersuchen. Die Röntgenemissionen geben hierbei ein Maß für die Masse der gewöhnlichen (baryonischen) Materie, während die Gesamtmasse (baryonische plus Dunkle Materie) durch den Gravitationslinseneffekt bestimmt wird.

Bisher konnte dieses Verhältnis nur für Galaxienhaufen in der näheren Umgebung bestimmt werden. Neuere Untersuchungen durch eine internationale Kollaboration, die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, dem Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) und vom Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) umfasst, dehnen diese Verhältnisbestimmung nun auf weiter entfernte und schwächere Strukturen aus, als es zuvor jemals möglich war.
Röntgenemission im COSMOS Feld
Röntgenemission im COSMOS Feld.
Bild: ESA
Um die Verbindung zwischen den Röntgenemissionen und der zugrunde liegenden Verteilung der Dunklen Materie zu finden, untersuchte das Team ein große Auswahl an Röntgen-selektierten Galaxiengruppen und -haufen, die durch ESA´s XMM-Newton Röntgenobservatorium erstellt wurde.

Galaxiengruppen und -haufen können durch ihre ausgedehnte Röntgenemission auf Größenskalen von einer Bogenminute effektiv aufgespürt werden. Durch seine große Sammelfläche ist XMM-Newton das einzige Röntgenteleskop, das das schwache Strahlungsniveau entfernter Galaxiengruppen und -haufen nachweisen kann.

"Die Leistungsfähigkeit von XMM-Newton, große Kataloge von Galaxiengruppen in tiefen Aufnahmen zu erstellen, ist wirklich erstaunlich", sagt Alexis Finoguenov vom MPE und der Universität von Maryland, USA, einer der Koautoren der Veröffentlichung im Astrophysical Journal (ApJ).

Da Beobachtungen im Röntgenbereich die beste Möglichkeit darstellen, Galaxienhaufen zu finden und zu charakterisieren, beschränkten sich die meisten Untersuchungen bisher auf relativ nahe Gruppen und Haufen.

"Mit den neuen Katalogen von XMM-Newton konnten wir die Massenbestimmungen auf viel kleinere Strukturen ausdehnen, die es schon viel früher in der Geschichte des Universums gegeben hat", sagt Alexie Leauthaud von der Physikabteilung des Berkeley Lab, Erstautorin der ApJ-Studie.

Materie als Linse

Der Gravitationslinseneffekt entsteht, da große Massen den sie umgebenden Raum krümmen und so die Lichtstrahlen ablenken: je größer die Masse (und je geringer der Abstand zum Schwerpunkt) umso mehr wird der Raum gekrümmt und um so mehr wird das Bild einer entfernten Quelle verschoben und verzerrt. Messungen dieser Verzerrung oder "Scherung" von Galaxienbildern erlauben es, die Masse des für den Linseneffekt verantwortlichen Objektes zu bestimmen.

Im Fall des schwachen Linseneffektes (der in dieser Studie genutzt wurde), ist die Scherung zu schwach, um sie direkt sehen zu können. Die gesammelten, schwachen Verzerrungen von vielen weit entfernten Galaxien können statistisch berechnet und so die mittlere Scherung bestimmt werden, die durch den Linseneffekt eines massereichen Objektes zwischen uns und den Quellen hervorgerufen wird. Um aber die Masse der Linse aus dieser mittleren Scherung berechnen zu können, muss man die Lage ihres Zentrums kennen.

"Das Problem bei Haufen mit hoher Rotverschiebung (also weit entfernten Haufen) besteht darin, dass es sehr schwierig ist festzustellen, welche der Galaxien sich im Zentrum des Haufens befindet", sagt Leauthaud. "Hier können die Röntgenbeobachtungen helfen. Mithilfe der Leuchtkraft im Röntgenbereich kann die Mitte eines Galaxienhaufens sehr genau bestimmt werden."
Röntgenemissionen einer COSMOS-Galaxiengruppe
Röntgenemission einer COSMOS-Galaxiengruppe.
Bild: ESA
Nachdem die Zentren durch eine Analyse der Röntgenemissionen bekannt waren, konnten Leauthaud und ihre Kollegen den schwachen Gravitationslinseneffekt dazu benutzen, die Gesamtmasse der entfernten Gruppen und Haufen mit einer höheren Genauigkeit als je zuvor abzuschätzen.

Im letzten Schritt wurde die Röntgenleuchtkraft jedes Haufens bestimmt und gegen die Masse aufgetragen, die durch den schwachen Linseneffekt bestimmt wurde. Das dadurch erhaltene Masse-Röntgenleuchtkraft-Verhältnis der neuen Gruppen und Haufen dehnt die Ergebnisse früherer Studien auf kleinere Massen und größere Rotverschiebungen aus. Es zeigt sich, dass die Relation, mit der man von der die Gesamtmasse (baryonische plus Dunkle Materie) auf die Röntgenleuchtkraft schließt, im nahen und entfernten Universum nahezu die gleiche ist.

"Indem wir das Masse-Leuchtkraft-Verhältnis bestätigen und es auf hohe Rotverschiebungen ausdehnen konnten, haben wir einen kleinen Schritt getan, den schwachen Linseneffekt als leistungsfähiges Werkzeug für die Untersuchung der Strukturentwicklung einzusetzen", sagt Jean-Paul Kneib, Koautor der ApJ-Veröffentlichung vom LAM und dem französischen nationalen Forschungszentrum CNRS.

Zurück zu den Anfängen

Die Entstehung von Galaxien kann auf kleinste Dichtschwankungen des heißen, jungen Universums zurückgeführt werden. Spuren dieser Schwankungen kann man heute noch als winzige Temperaturunterschiede im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) sehen.

"Die Abweichungen, die wir am alten Mikrowellenhimmel sehen, stellen das Gepräge dar, aus der sich im Laufe der Zeit das kosmische Gerüst aus Dunkler Materie entwickelt hat, das wir heute in der Galaxienverteilung sehen", sagt George Smoot, Direktor am Berkeley-Zentrum für kosmologische Physik (BCCP), Professor an der Universität von Kalifornien in Berkeley und Mitglied der Physikabteilung am Berkeley Lab. Nobelpreisträger Smoot (für Messungen der CMB-Anisotropien 2006) ist Mitautor der ApJ-Veröffentlichung. "Es ist wirklich aufregend, dass wir mit dem Gravitationslinseneffekt tatsächlich messen können, wie die Dunkle Materie kollabiert ist und sich seit den Anfängen entwickelt hat."

Eines der Ziele beim Studium der Strukturentwicklung besteht darin, die Dunkle Materie selbst zu verstehen und wie sie mit der normalen Materie, die wir sehen können, wechselwirkt. Ein anderes Ziel ist es, mehr über die Dunkle Energie zu erfahren, einem mysteriösen Phänomen, das die Materie auseinander treibt und dafür sorgt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Viele Fragen sind hier noch offen: ist die Dunkle Energie konstant oder verändert sie sich mit der Zeit? Oder handelt es sich vielleicht nur um eine Illusion, die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie hervorgerufen wird?

Die Erkenntnisse aus dem erweiterten Masse-Leuchtkraft-Verhältnis werden viel dazu beitragen, diese Fragen nach den gegensätzlichen Rollen von Gravitation und Dunkler Energie zu klären, die das Universum prägen - heute und in Zukunft.

Originalveröffentlichung
Leauthaud, A., Finoguenov, A., Kneib, J.-P., et al.,
A Weak Lensing Study of X-Ray Groups in the COSMOS Survey: Form and Evolution of the Mass-Luminosity Relation,
Verweis The Astrophysical Journal, Vol. 709, Number 1, 2010 January 20, pp. 97-114 DOI: 10.1088/0004-637X/709/1/97(in englischer Sprache)

Verweis ESA Pressemitteilung (in englischer Sprache)


Weitere Informationen erhalten Sie von:
VerweisAlexis Finoguenov
Hochenergie-Astrophysik Gruppe
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Tel.: +49 89 30000-3644
E-Mail: alexis@mpe.mpg.de
VerweisDr. Hannelore Hämmerle
Pressesprecherin
Max-Planck-Institut für Astrophysik und
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Tel.: +49 89 30000-3980
E-Mail: hanneh@mpe.mpg.de

  ToP zum Seitenanfang Letzte Änderung: 2010-01-25 durch VerweisH. Steinle
Ansprechpartner/in: VerweisMPE Abteilung für Öffentlichkeitsarbeit
Valid HTML 4.01!