|
Abb. 1:
Eine Aufnahme der Galaxie M82. Das in dieser
Darstellung rote Gas welches sich nach oben und unten von der
Galaxienebene wegbewegt, ist angeregter Wasserstoff - und zwar
wesentlich mehr, als in der Galaxie selbst, welche hier mit ihren
Myriaden von Sternen blau erscheint (Quelle: Subaru Teleskop, National
Astronomical Observatory of Japan).
|
|
|
|
Abb. 2:
Eine schematische Darstellung der Austauschprozesse zwischen den
verschiedenen Phasen des Gases, die in unserem Modell betrachtet
werden. Die Pfeile bezeichnen die physikalischen Prozesse, die den
Massenaustausch antreiben. Die Metalle folgen den selben Pfaden wie
der Rest der Materie.
|
|
|
|
Abb. 3:
Dieses Diagramm zeigt, für eines der Modelle, den Anteil von
Metallen in verschiedenen Phasen in Abhängigkeit von der
Rotverschiebung z (diese wird in der Astronomie gerne anstatt der
Zeitachse verwendet; je höher z, desto weiter zurück liegt
ein Ereignis). Die Farben stehen für die verschiedenen Phasen:
rot für heißes Gas, schwarz für Sterne, grün
für kühles Gas und blau für Gas, das aus dem Halo der
Galaxie entwichen ist.
|
|
|
|
Galaxienhaufen enthalten Millionen Grad heisses diffuses Gas. Bei
diesen Temperaturen strahlt es nicht mehr im optischen sondern im viel
kurzwelligeren Röntgenbereich des Spektrums. Dieses Gas hat
gewöhnlich einen viel höheren Anteil an der Gesamtmasse als
die in den Sternen enthaltene Materie ausmacht und wird im allgemeinen
"Intra-Cluster Medium" oder "Intra-Cluster Gas" genannt, nach dem
englischen Wort "cluster" für Haufen. Beobachtungen im
Röntgenlicht weisen darauf hin, dass dieses Gas ebenfalls eine
bedeutende Menge an schweren Elementen enthält, wie etwa Eisen,
Sauerstoff usw. (in der Astronomie werden für gewöhnlich
alle Elemente schwerer als Helium in der Bezeichnung "Metalle"
zusammengefasst). Da die einzige Möglichkeit, solche Metalle zu
erzeugen, die Fusionsreaktion im Inneren von Sternen ist, bedeutet ihr
Auftreten, dass ein Großteil des Gases zwischen den Galaxien aus
diesen in das Intra-Cluster Medium ausgestoßen worden sein muss.
Einige der ungelösten Fragen dazu sind: Wie erfolgte dieser
Transport? Wann ist das geschehen? Und welche Galaxien sind
haupsächlich verantwortlich für den hohen Gehalt an schweren
Elementen im Intra-Cluster Gas? Die Astronomen glauben, dass ein
effizienter Mechanismus zum Transport von Metallen aus den Galaxien in
den Raum dazwischen sogenannte "Galaktische Winde" sind. Diese werden
von Supernovae (Sternexplosionen) erzeugt, welche das Gas in den
Galaxien auf solch hohe Temperaturen erhitzt, dass die
Wärmeenergie die Bindungsenergie übersteigt, mit der das Gas
von der Galaxie gehalten wird, und es dieser somit quasi entkommen
kann. Abbildung 1 zeigt ein schönes Beispiel für einen
derartigen Wind.
Die Forscher am Max-Planck Institut für Astrophysik nähern
sich den erwähnten Fragestellungen indem sie hochauflösende
numerische Simulationen und sog. "semi-analytische" Techniken
kombinieren. Die grundlegende Annahme dieser Modelle ist, dass sich
Galaxien im Zentrum von Halos aus Dunkler Materie bilden, deren
zeitliche Entwicklung mittels der numerischen Simulationen berechnet
wird. Das Verhalten der Baryonen, also der normalen uns bekannten
Materie, innerhalb dieser Halos wird dann durch vereinfachte,
physikalisch motivierte Regeln beschrieben, die die Beobachtungen
wiedergeben müssen. Diese Art der Modellierung ist recht
kompliziert, da man vielen Mischungs- und Austauschprozessen zwischen
den verschiedenen Phasen, die das Gas durchläuft, folgen muss.
Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung der physikalischen
Prozesse, die Eingang in unser Modell gefunden haben.
Die Ergebnisse der Modellrechnungen werden mit bestimmten
Beobachtungen verglichen, um die freien Parameter des Modells
einzuschränken. Dieses kann dann wiederum verwendet werden, um
umgekehrt Vorhersagen zu treffen, die an komplett unabhängigen
Beobachtungen getestet werden. Mit dieser Art von Werkzeug ist es
z.B. möglich, vorherzusagen welche Menge an Gas sich jeweils in
welcher Phase befindet und wie sich diese Anteile zeitlich entwickeln,
wie in Abbildung 3 für eines der Modelle dargestellt. Indem sie
auf diese Weise an das Problem herangingen, haben die Forscher am
Max-Planck Institut für Astrophysik gezeigt, dass die schweren
Elemente bereits zu einem frühen Zeitpunkt in der Entwicklung des
Universums in das Intra-Cluster Medium ausgestoßen wurden und
dass "massive" Galaxien einen wichtigen Beitrag zur chemischen
Anreicherung des Intra-Cluster Gases leisten. Die Ergebnisse weisen
darauf hin, dass die Galaxien ihr Gas und die darin enthaltenen
Metalle äußerst effizient aus den Halos dunkler Materie, in
denen sie sitzen, heraus katapultieren. Einmal aus dem Halo
entwichenes Gas verbleibt sehr lange im diffusen intergalaktischen
Medium, nämlich für eine Zeitspanne, die ungefähr dem
derzeitigen Alter unseres Universums entspricht.
Gabriella De Lucia
Weitere Informationen:
Gabriella De Lucia, Guinevere Kauffmann and Simon D. M. White:
Chemical enrichment of the intra-cluster and intergalactic medium in a hierarchical galaxy
formation model, 2004, MNRAS, vol. 349, p. 1101
|
Druckversion
Top