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News: Vom Kleinen zum Großen

Im Universum herrscht eine gewisse Hierarchie: Die Sterne befinden sich in Galaxien, die wiederum Galaxienhaufen bilden. Seit langem streiten sich Kosmologen darüber, welche dieser Strukturen zuerst entstanden ist - ob die Materie sich also bottom-up organisierte, indem sich kleine Objekte zu immer größeren Ansammlungen gruppierten, oder top-down, wobei zuerst große Strukturen sich später immer feiner untergliederten. Aus der Untersuchung heißer Gase mit dem Röntgenteleskop des Satelliten ROSAT schließen Wissenschaftler nun, daß zuerst die Galaxien entstanden sind, bevor sie sich schließlich zu Galaxienhaufen zusammenfanden.
Ein Galaxienhaufen kann mehrere Tausende Galaxien umfassen. Der Raum zwischen den Galaxien eines Clusters ist allerdings nicht ganz leer – er wird vielmehr von einem Gas ausgefüllt, das mehrere Millionen Grad Celsius heiß sein kann und Röntgenstrahlen emittiert. Diese hohen Temperaturen sind nach Ansicht eines Forscherteams um Trevor Ponman von der University of Birmingham nur mit der Energie aus Supernova-Explosionen zu erklären, welche sich bei der Bildung von Galaxien ereigneten. Erst danach entstanden die Galaxienhaufen (Nature vom 14. Januar 1999).

Die Wissenschaftler werteten Bilder des Röntgenteleskops an Bord des Satelliten ROSAT aus, indem sie die Strahlung aus kleinen Galaxiengruppen mit jener aus großen Haufen verglichen. Nach den meisten kosmologischen Theorien sind die Galaxien während der Expansion des Universums zu Gruppen verklumpt, die ihrerseits Cluster formten. Demnach sollten die heißen Gase in den kleinen Gruppen wie Miniaturvarianten der Gase in den großen Galaxienhaufen aussehen.

Die ROSAT-Bilder zeigten jedoch, daß dies nicht der Fall ist. Stattdessen ist das Gas in den Gruppen heißer als erwartet und stärker verteilt als in den Clustern, so daß es im Röntgenbereich weniger hell strahlte. Nach Meinung der Astronomen gehen diese Unterschiede ziemlich sicher auf die Energiezufuhr während des Bildungsprozesses der Galaxien zurück.

Die Bildung der Galaxien war vermutlich ein spektakuläres Ereignis. Eine Unzahl von Sternen entstand, von denen die schwersten nur kurze Zeit lebten, bevor sie als Supernovae explodierten und große Mengen Energie freisetzten. Dadurch könnte das Gas der jungen Galaxien auf viele Millionen Grad Celsius aufgeheizt worden sein, so daß es über genug Energie verfügte, um als schneller "galaktischer Wind" der Gravitationskraft der Sterne zu entkommen. In großen Galaxienhaufen spielte dieser Prozeß keine große Rolle. In den Clustern wurde das Gas sowieso stark aufgeheizt durch die freiwerdende Energie, wenn Materie dem starken Gravitationsfeld folgt.

Modellrechnungen der Forscher haben ergeben, daß die Energie größere Auswirkungen hatte, wenn sie vor Bildung der Galaxiengruppen freigesetzt wurde. Die gewonnenen Daten ließen sich tatsächlich auch nur bei dieser zeitlichen Reihenfolge erklären.

Nebenbei wird so auch verständlich, warum sich seit Milliarden Jahren keine neuen Galaxien mehr bilden: Es wäre noch genug Gas übrig. Dieses ist allerdings meist zu heiß, um unter der Gravitation zu kollabieren und Sterne zu formen. Und so liegt heute der größte Teil der gewöhnlichen Materie als heißes Gas im Raum zwischen den Galaxien vor.

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