04. Dezember 2023: Das Rubin-Observatorium wird Fossilien zur Entwicklung von Galaxienhaufen entschlüsseln

Das sich schnell bewegende Teleskop und die riesige Digitalkamera des Vera C. Rubin Observatory
werden das schwache Leuchten frei schwebender Sterne in Galaxienhaufen beleuchten.


Bild: Noirlab

Intracluster-Licht, das kollektive Leuchten unzähliger Sterne, die aus ihren Heimatgalaxien gerissen wurden und in den weiten intergalaktischen Raum wandern,
ist unglaublich schwach und schwer zu erkennen.
Die bevorstehende Legacy Survey of Space and Time des Vera C. Rubin Observatory wird die erste astronomische Untersuchung sein,
die Wissenschaftlern die Daten liefert, die sie zum Nachweis von Intracluster-Licht in Tausenden von Galaxienhaufen benötigen,
und so Hinweise auf die Evolutionsgeschichte des Universums in großem Maßstab liefern.

Galaxien, wie unsere Milchstraße, sind Ansammlungen von Milliarden Sternen, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden.
Manchmal bündeln sich Galaxien zu Clustern mit Hunderten oder sogar Tausenden von Galaxien.
Diese Galaxienhaufen sind die größten Objekte im Universum, die durch ihre eigene Schwerkraft zusammengehalten werden,
und es dauert Milliarden von Jahren, bis sie sich bilden und verändern.
Wenn wir ihre Entwicklung irgendwie im Schnellvorlauf verfolgen könnten, bräuchten wir keine Filme,
die dramatischen Wechselwirkungen zwischen Galaxien würden uns faszinieren.
Aber es gibt eine Möglichkeit, die Geschichten über die Geschichte von Galaxienhaufen zu lesen,
und unser kosmischer Geschichtenerzähler ist die Population von Sternen,
die aus ihren Heimatgalaxien entfernt und in die Zwischenräume zwischen Galaxien im Haufen verstreut wurden.
Diese Sterne strahlen ein geisterhaftes Leuchten aus, das Intracluster-Licht genannt wird, und es ist mindestens 1000-mal schwächer als
der dunkelste Nachthimmel, den wir mit unseren Augen wahrnehmen können.
Intracluster-Licht ist den bestehenden Teleskopen und Kameras größtenteils verborgen geblieben, weil es so schwach ist.
Aber mit den Daten der Legacy Survey of Space and Time des Vera C. Rubin Observatory, die im Jahr 2025 beginnen wird,
werden Wissenschaftler dieses extrem schwache Licht wie nie zuvor beobachten können.



Bild: Noirlab

Das Rubin-Observatorium wird gemeinsam von der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF)
und dem US-Energieministerium (DOE) finanziert. Rubin ist ein Programm des NOIRLab der NSF und
des SLAC National Accelerator Laboratory, die Rubin gemeinsam betreiben werden.

Über Millionen von Jahren, wenn Galaxien kollidieren und verschmelzen, bildet das Intracluster-Licht eine „Fossilaufzeichnung“ der dynamischen Wechselwirkungen,
die ein Galaxienhaufen erlebt hat, und bietet eine Fülle von Informationen über die Geschichte des Clustersystems und die Geschichte des Universums im großen Maßstab .

„Sterne, die von ihren Galaxien befreit wurden, bevölkern schließlich den Raum zwischen Galaxien in einem Haufen.
Diese Sterne sind wie der Staub, der von einem Stück Kreide freigesetzt wird, wenn man auf eine Tafel schreibt.“ sagt Mireia Montes,
wissenschaftliche Mitarbeiterin am Instituto de Astrofísica de Canarias und Mitglied der Rubin/LSST Galaxies Science Collaboration.
„Durch die Verfolgung des stellaren Kreidestaubs mit Rubin hoffen wir, die Worte auf der Tafel des Galaxienhaufens lesen zu können.“

Wie viele Sterne eines Galaxienhaufens schweben tatsächlich frei und tragen zum Leuchten bei? Wie sind sie im Cluster verteilt?
Die Antworten auf diese Fragen sind nicht gut bekannt, da Intracluster-Licht bisher so schwer zu untersuchen war.
„Es gibt so viel, was wir über Intracluster-Licht nicht wissen“, sagt Montes.
„Die Stärke von Rubin besteht darin, dass er uns viele Galaxienhaufen liefern wird, die wir erforschen können.“

Neben der Untersuchung von Intracluster-Licht nach Hinweisen auf die Geschichte von Galaxienhaufen können Wissenschaftler
damit auch Einblicke in die schwer fassbare Substanz Dunkle Materie gewinnen, ein unsichtbares Material,
das kein Licht aussendet oder reflektiert und in hohen Konzentrationen in der Umgebung vorkommt Galaxienhaufen.


Rubin wird zehn Jahre lang alle paar Nächte den gesamten Himmel der südlichen Hemisphäre mit der größten Digitalkamera der Welt scannen
und dabei Intracluster-Licht aufdecken, das Astronomen bisher größtenteils nur durch lange und gezielte Beobachtungen eines Galaxienhaufens
an einem Tag nachweisen konnten.
Im Laufe seiner 10-jährigen Durchmusterung wird Rubin Millionen hochauflösender Bilder entfernter Galaxienhaufen aufnehmen,
und Wissenschaftler werden in der Lage sein, diese Bilder zu den größten Ultra-Langzeitbelichtungsbildern zusammenzufügen,
die jemals vom Himmel der südlichen Hemisphäre erstellt wurden.
Die gestapelten Bilder werden den Wissenschaftlern mehr Galaxienhaufen mit nachweisbarem Intracluster-Licht in jedem Sichtfeld liefern,
als sie bisher insgesamt hatten.
Auf diese Weise wird Rubin die Zahl der Galaxienhaufen, die wir untersuchen können, von einer Handvoll auf Tausende erweitern,
was es Forschern wie Montes ermöglichen wird, das schwache Leuchten des Intracluster-Lichts im gesamten Universum zu analysieren.

Von der Entwicklung von Galaxienhaufen bis zur Verteilung der Dunklen Materie liefert das Licht innerhalb des Galaxienhaufens wichtige Hinweise darauf,
wie die großräumige Struktur des Universums entstanden ist.
„Intracluster-Licht mag wie etwas sehr Kleines und Unbedeutendes aussehen, aber es hat viele Auswirkungen“, sagt Montes.
„Es ergänzt das, was wir bereits wissen, und wird neue Fenster in die Geschichte unseres Universums öffnen.“