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Abb. 1:
Ein ausgedehnter Galaxienhaufen, der für die hier vorgestellte
Analyse herangezogen wurde. Die nicht scharf begrenzten
weiß-gelben Objekte sind Galaxien, die zum Cluster
gehören. Alles andere sind Vordergrund- und Hintergrundobjekte,
unter anderem zwei helle Sterne. Das eigentliche Intraclusterlicht ist
in einer einzigen solchen Aufnahmen nicht zu sehen, aber die
Kombination von einigen hundert bringt es zum Vorschein, sodaß
es zuverlässig gemessen werden kann, wie im Text erklärt.
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Abb. 2:
Der nahe Galaxienhaufen Abell 1367 auf frischer Tat ertappt, bei der
Erzeugung intergalaktischer Sterne: zwei Arme aus Gas und Sternen
gehen von den zwei Galaxien links und rechts unten aus, wahrscheinlich
aufgrund eines von Gezeitenkräften ausgelösten Ereignisses,
das sich vor etwa 50 Millionen Jahren abgespielt hat. (Mit
freundlicher Genehmigung von Peppo Gavazzi, Universita di Milano
Bicocca)
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Galaxienhaufen (engl.: cluster) sind große Ansammlungen von
einigen dutzend bis zu tausenden von Galaxien, zusammengehalten von
ihrer gegenseitigen gravitativen Anziehung, welche sich über
mehrere Millionen Lichtjahre erstrecken. Im sichtbaren Licht sieht ein
typischer Galaxienhaufen wie der in Abb. 1 aus. Anscheinend kommt
alles Licht das wir sehen von Sternen, die zu einer der Galaxien
gehören. Allerdings wurde schon vor langem erkannt, daß
auch der intergalaktische Raum mit einem diffusen Sternlicht
erfüllt ist. Fritz Zwicky berichtete 1951, "riesige und oftmals
sehr irreguläre Schwärme von Sternen und anderer Materie
existieren in den Räumen zwischen den konventionellen
elliptischen, spiralförmigen und irregulären Galaxien" aus
denen sich einer der größten bekannten Galaxienhaufen im
Sternbild Coma Berenices zusammensetzt. Auch wenn diese Behauptung
wohl eher die grundlegende Überzeugung des schweizer Astronomen
als eine tatsächliche Detektion auf dem relativ schlechten
photographischen Material jener Zeit darstellen dürfte, so wurde
dennoch das Vorhandensein diffusen Sternlichtes von einigen neueren
Beobachtungen in den letzten Jahren bestätigt. Tatsächlich
werden solche Beobachtungen durch die von Natur aus sehr schwache
Flächenhelligkeit dieses Interclusterlichtes (ICL) ernsthaft
erschwert: der Lichtintensität pro Einheitsfläche ist
ungefähr um einen Faktor 1.000 schwächer als diejenige von
normalen Galaxien und ungefähr um den selben Faktor
schwächer, als was wir vom normalen "dunklen" Nachthimmel
erhalten. Bisher konnte nur für eine handvoll Galaxienhaufen
(weniger als 40) eine erfolgreiche Beobachtung mittels sehr langer
Belichtungen und extrem sorgfältiger Datennachbearbeitung
durchgeführt werden. Jedoch reicht das nicht aus, um den Ursprung
und die Rolle des ICL für die Galaxienhaufenentstehung zu
verstehen. Eine systematische Beschreibung des ICL wird daher dringend
benötigt.
Am Max-Planck-Institut für Astrophysik haben wir vor kurzem eine
neuartige Technik entwickelt (siehe auch  "Sternhalos um Galaxien"), welche es
uns erlaubt, die Aufnahmen von einigen hundert Galaxienhaufen derart
zu kombinieren, daß sich daraus eine deutlich höhere
Beobachtungsempfindlichkeit ergibt. Die Bilder werden
übereinandergelegt (engl.: stacking), nachdem alle Galaxien im
Cluster ausmaskiert wurden, ebenso wie alle unerwünschten
Fremdlichtquellen, die sich im Gesichtsfeld befinden (wie etwa
Vordergrundsterne und weitere Galaxien). Auf diese Weise erhalten wir
ein Bild, in dem ausschließlich das diffuse ICL sich von einem
extrem glatten und gleichmäßig ausgeleuchteten Hintergrund
abhebt, wodurch es mit bisher unerreichter Präzession gemessen
werden kann - über einen Bereich von vier
Größenordnungen in der Flächenhelligkeit. Desweiteren
entspricht der gemessene Wert der mittleren Lichtemission einer
statistisch repräsentativen Stichprobe, was es ermöglicht,
allgemeingültige Eigenschaften abzuleiten.
Die riesige Beobachtungsdatenbank, auf der diese Studie basiert, wurde
vom  Sloan Digital Sky Survey
zur Verfügung gestellt. Auf ungefähr 1.500 Quadratgrad am
Himmel haben wir 683 Galaxienhaufen im Rotverschiebungsbereich z=2 bis
z=3 identifiziert, deren Aufnahmen in drei verschiedenen
Filterwellenlängen für unsere Stacking-Technik verwendet
wurden. Aufgrund unserer Analyse können wir nun sagen, daß
ein bedeutender Teil (17%) der optischen Helligkeit eines
Galaxienhaufens von intergalaktischen Sternen ausgemacht wird, und
zwar anscheinend unabhängig von den globalen
Clustereigenschaften. Das bedeutet z.B., daß Galaxienhaufen, die
mehr oder hellere Galaxien haben, auch mehr intergalaktische Sterne
besitzen. Deren Verteilung spiegelt allerdings nicht die der Galaxien
wieder: intergalaktische Sterne sind relativ häufiger im
Clusterzentrum vertreten, als in den Randbereichen. Andererseits
weisen unsere Daten eindeutig darauf hin, daß diese Sterne jenen
in Galaxien sehr ähnlich sind, was ihre chemische Zusammensetzung
und ihr Alter betrifft. Diese und andere, komplexere Analysen weisen
darauf hin, daß intergalaktische Sterne tatsächlich in
Galaxien geboren wurden. Der Grund dafür, warum sie irgendwann
den Ort ihrer Geburt verlassen haben, um sich auf eine Reise ohne Ziel
zu machen, liegt sehr wahrscheinlich in den extremen Wechselwirkungen,
denen Galaxien in der Enge eines Galaxienhaufens ausgesetzt
sind. Starke Gezeitenkräfte, die eine Galaxie strecken oder sogar
zerreißen, wiederholte nahe Begegnungen mit Artgenossen oder die
Verschmelzung zweier Galaxien, sind Ereignisse, die eine große
Anzahl dieser ungebundenen Sterne produzieren können, umso
effizienter, je weiter man sich dem Clusterzentrum nähert.
Unsere Ergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag zur
Enträtselung der relevanten physikalischen Mechanismen in
Galaxienwechselwirkungen dar. Zum erstenmal haben wir genaue
quantitative Beobachtungen zur Verfügung, wie groß der
"Schaden" ist, den Galaxien bei ihren gravitativen Wechselwirkungen
erleiden. Diese Erkenntnisse können nun den Modellen zur Bildung
und Enstehung von Galaxien gegenübergestellt werden.
Stefano Zibetti
Literatur:
Zibetti, S., White, S.D.M., Schneider, D.P., Brinkmann, J.,
Intergalactic stars in z ~ 0.25 galaxy clusters: systematic
properties from stacking of Sloan Digital Sky Survey imaging data,
MNRAS submitted
Zibetti, S, and White, S.D.M., Intracluster light at z ~ 0.25 from SDSS
imaging data, in the proceedings of "IAU Colloquium 195 - Outskirts of
galaxy clusters: intense life in the suburbs - Torino, Italy - March
12-16, 2004", astro-ph/0404326
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