Das glaube ich nicht
Galaxienhaufen gehören zu den massereichsten und größten Strukturen im heutigen Kosmos. Doch wann sie entstanden, ist bisher nur teilweise geklärt. Jetzt haben Astronomen eine Massenkollision von gleich 14 Galaxien entdeckt – sie sind gerade dabei, einen solchen Galaxienhaufen zu bilden. Überraschenderweise jedoch stammt dieser gewaltige Protocluster aus der Zeit nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall – er muss damit deutlich schneller entstanden sein, als man es bisher für möglich hielt.
Galaxienhaufen sind wahre Giganten: Sie umfassen hunderte bis tausenden von Einzelgalaxien, die durch Schwerkraftwechselwirkungen aneinander gebunden sind. Der Raum zwischen den Galaxien ist mit bis zu einer Million Grad heißem Gas gefüllt, das energiereiche Röntgenstrahlung aussendet. Die gesamte Masse eines solchen Galaxienhaufens kann mehrere Billiarden Sonnenmassen erreichen. Wann und wie diese Giganten jedoch ihre heutige Größe erreichten, ist bisher nur in Teilen geklärt. “Bisher hat man massereiche Galaxienhaufen nur bis in die Zeit von vor rund drei Milliarden Jahre nach dem Urknall zurückverfolgen können”, berichten Tim Miller von der Yale University in New Haven und seine Kollegen. Doch zumindest einige dieser frühen Giganten scheinen Sterne zu beinhalten, die schon deutlich älter sind.
Gigant des Kosmos
Jetzt haben Miller und seine Kollegen einen der größten und ältesten Galaxiencluster im Stadium seiner Bildung entdeckt. Den ersten Hinweis auf diesen Protocluster erhielten die Astronomen bereits 2010 durch Beobachtungen mit dem South Pole Telescope und dem Weltraumobservatorium Herschel: Beide zeigten einige schwache Lichtflecken an dieser Position. Jetzt haben die Forscher diese Region mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) und dem Atacama Pathfinder Experiment (APEX) erneut ins Visier genommen – mit überraschenden Ergebnissen.
Die hoch aufgelösten Aufnahmen dieser beiden Teleskop-Anlagen enthüllten, dass der Proto-Cluster SPT2349-56 weitaus größer ist als erwartet. Er besteht aus 14 Galaxien, die sich in einem Gebiet konzentrieren, das nur rund drei- bis viermal größer ist als die Milchstraße. Nähere Beobachtungen ergaben, dass die Sternbildungsrate in jeder dieser Galaxien extrem hoch ist – sie liegt 50 bis 1000-fach höher als in der Milchstraße, wie die Astronomen berichten. Sie vermuten, dass diese rapide Sternbildung durch die starken Schwerkraftwechselwirkungen der 14 Galaxien untereinander verursacht wird. “Es scheint, dass wir hier einen Galaxienhaufen sehen, der gerade dabei ist zu entstehen”, sagt Co-Autor Chris Hayward von Center for Computational Astrophysics in New York City.
Überraschend alt
Und noch eine Besonderheit hat der neuentdeckte Protocluster: Er ist bereits 12,4 Milliarden Jahre alt. Diese schon damals rund zehn Billionen Sonnenmassen umfassende Ansammlung von Galaxien existierte damit schon 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall. “Einen so massereichen Galaxienhaufen in seiner Entstehung zu erwischen, ist schon für sich genommen spektakulär”, sagt Co-Autor Scott Chapman von der Dalhousie University in Kanada. “Aber die Tatsache, dass dies so früh in der Geschichte des Universums geschehen ist, ist eine echte Herausforderung für unser gegenwärtiges Verständnis der Strukturbildung im Universum.” Nähere Untersuchungen der Galaxienbewegungen deuten zudem darauf hin, dass sich dieser Cluster bereits in einem fortgeschrittenen Stadium seiner Bildung befindet, wie die Forscher berichten.
Nach gängiger Theorie benötigt ein Galaxienhaufen dieser Größe jedoch Milliarden Jahre für sein Wachstum – SPT2349-56 dürfte daher zu diesem frühen Zeitpunkt des Kosmos eigentlich noch nicht existiert haben. “Wie diese Galaxienansammlung so schnell so groß werden konnte, ist daher ein ziemliches Rätsel”, sagt Miller. “Unsere Entdeckung liefert daher eine unglaubliche Chance zu untersuchen, wie solche Galaxienhaufen und ihre Galaxien in diesen extremen Umgebungen zusammengefunden haben.” Auf Basis von Simulationen haben die Forscher ermittelt, dass dieser frühe Protocluster zu einem Galaxienhaufen von rund einer Billiarde Sonnenmassen heranwachsen wird. Er entspricht damit etwa der Größe des Coma-Galaxienhaufens im heutigen Kosmos, einem Cluster aus mehr als tausend Galaxien, der rund 300 Millionen Lichtjahre von der Sonne entfernt liegt.
Tim Miller (Yale University, New Haven) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0025-2
