Wissenschaftler haben direkt heißes Intracluster-Gas im Protocluster SPT2349-56 bei einer Rotverschiebung von 4,3 beobachtet. Diese Entdeckung stellt bestehende theoretische Modelle der Entstehung von Galaxienhaufen in Frage. Mithilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) entdeckten die Forscher den thermischen Sunyaev-Zeldovich (SZ)-Effekt, ein Zeichen für heißes Gas, innerhalb dieses frühen Galaxienhaufens.

Die Beobachtung, die in einer kürzlich erschienenen Nature-Publikation detailliert beschrieben wird, zeigt eine thermische Energie von etwa 10^61 erg im Kern von SPT2349-56. Dieses Energieniveau ist etwa zehnmal höher als das, was allein durch Gravitationskräfte zu erwarten wäre. Laut der Studie deutet dies darauf hin, dass bereits sehr früh in der Entstehung des Clusters erhebliche Heizmechanismen am Werk waren, die möglicherweise das Intracluster-Medium (ICM) überhitzten, bevor es sich vollständig gebildet hatte.

Das Intracluster-Medium, das aus heißem (10^7 K) Gas besteht, enthält den größten Teil der Baryonen oder gewöhnlichen Materie innerhalb von Galaxienhaufen. Kosmologische Simulationen haben zuvor darauf hingedeutet, dass die Masse und Temperatur des ICM zu früheren Zeiten im Universum abnehmen sollten, da sich das Gas noch im Prozess der Ansammlung und Erwärmung befindet. Vor dieser Entdeckung waren sichere Nachweise von heißem ICM auf Systeme bei oder oberhalb einer Rotverschiebung von 2 beschränkt, was Unsicherheit über den Zeitpunkt und die Mechanismen der ICM-Entstehung hinterließ.

SPT2349-56, der sich bei einer Rotverschiebung von 4,3 befindet, beherbergt ein bedeutendes Reservoir an molekularem Gas und drei radiolauten aktiven galaktischen Kernen (AGN) innerhalb einer Region von etwa 100 Kiloparsec. Diese Eigenschaften machen ihn zu einer einzigartigen Umgebung für die Untersuchung der frühen Clusterentstehung. Der Nachweis des SZ-Effekts in diesem Protocluster liefert einen direkten Beweis dafür, dass eine signifikante Erwärmung viel früher auftreten kann als bisher angenommen.

Der Sunyaev-Zeldovich-Effekt ist ein Phänomen, bei dem Photonen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) von heißen Elektronen im ICM gestreut werden, was zu einer Verzerrung des CMB-Spektrums führt. Durch die Messung dieser Verzerrung können Wissenschaftler die Temperatur und Dichte des heißen Gases ableiten.

"Diese Entdeckung liefert entscheidende Einblicke in die frühen Stadien der Entstehung von Galaxienhaufen", sagte einer der leitenden Forscher des Projekts. "Sie deutet darauf hin, dass aktuelle theoretische Modelle möglicherweise überarbeitet werden müssen, um die in diesem System beobachtete schnelle Erwärmung zu berücksichtigen."

Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf unser Verständnis davon, wie sich Galaxien und großräumige Strukturen im frühen Universum gebildet haben. Das Vorhandensein eines so heißen ICM in dieser frühen Epoche deutet darauf hin, dass Rückkopplungsprozesse, wie z. B. von AGN, eine bedeutendere Rolle bei der Regulierung des Wachstums von Galaxien und Clustern gespielt haben könnten als bisher angenommen.

Zukünftige Forschung wird sich auf die Untersuchung anderer Protocluster mit hoher Rotverschiebung konzentrieren, um festzustellen, ob die in SPT2349-56 beobachtete schnelle Erwärmung ein häufiges Phänomen oder ein Ausreißer ist. Weitere Beobachtungen mit ALMA und anderen Teleskopen sind geplant, um die Eigenschaften des ICM und die Rolle von AGN bei der Erwärmung des Gases zu untersuchen. Diese Studien werden dazu beitragen, unser Verständnis der komplexen Prozesse zu verfeinern, die das Universum, das wir heute beobachten, geformt haben.