Entwicklungsprozesse in wechselwirkenden Galaxienhaufen

Galaxienhaufen, deren Entstehung und die physikalischen Prozesse, die die Entwicklung vorantreiben, sollen untersucht werden. Im hierarchischen Model der Strukturentstehung bilden sich Galaxienhaufen durch das verschmelzen mit kleinen Haufen und mit Galaxiengruppen. Kollisionen zwischen Galaxienhaufen sind die energiereichsten Ereignisse seit dem Urknall. Daher haben solche Ereignisse großen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften der Haufenkomponenten wie z.B. Dunkle Materie, Galaxien, Gas, hochenergetische Teilchen und Magnetfelder. Bis jetzt wurden nur die Effekte von diesen Kollisionen auf a) das Gas und hochenergetischen Teilchen und b) auf die interne Haufendynamik im Detail untersucht. Durch die nun stark verbesserte Auflösung - räumliche und spektrale - sowohl Beobachtungen als auch in numerischen Simulationen werden neue Möglichkeiten eröffnet, die Auswirkungen von Kollisionen auf die Haufenentwicklung zu untersuchen. Dadurch erhalten wir die Gelegenheit eine der wichtigen, offenen Fragen der modernen Kosmologie zu beantworten: wie ist die zeitliche Entwicklung der Sternentstehung verlaufen. Verschiedene physikalischen Mechanismen (z.B. Gasabstreifung durch Staudruck und/oder Kompressionen des Gases in Galaxien, Galaxienkollisionen und Galaxienverschmelzungen) wurden vorgeschlagen als treibende Kräfte für die beobachtete Veränderung der Galaxieneigenschaften. Durch die große Menge an freiwerdender Energie bei Haufenkollisionen, kann ein solches Ereignis die Effizienz der Mechanismen stark erhöhen. Haufenkollisionen sind daher ideale Laboratorien zur Untersuchung von Entwicklungseffekten Unser Hauptziel ist es herauszufinden, wie Haufenkollisionen die zeitliche Entwicklung der Sternentstehung in Haufengalaxien beeinflussen. Wir verfolgen dazu einen Ansatz auf 2 Schienen: a) Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängen (optisch, Röntgen, Radio und infrarot) von wechselwirkenden Galaxienhaufen und b) hydrodynamische und Vielteilchen-Simulationen von Galaxien, dunkler Materie, Gas und deren gegenseitigen Einfluss. Durch Vergleich der Beobachtungen und Simulationen werden in der Lage sein, den Entwicklungszustand und die Kollisionskonfigurationen von mehreren Galaxienhaufen festlegen können. Als nächster Schritt wird die Rate der Sternentstehung durch Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängen bestimmt werden. Dadurch wird es uns möglich sein, den Effekt von Haufenkollisionen auf die Sternentstehungsrate zu bestimmen. Schließlich wird der Vergleich von Beobachtungsresultaten und numerischen Simulationen Aufschluss geben über die physikalischen Mechanismen, die die Entwicklung der Sternentstehung in Haufengalaxien steuern. Da Galaxienhaufen die größten gebundenen Strukturen des Universums sind, wird ein umfassendes Verständnis ihrer Entwicklungsprozesse grundlegende Erkenntnisse über kosmologische Modelle und Strukturentstehung liefern.

Galaxien stehen nicht still im Universum, sondern Sie bewegen sich mit hohen Geschwindigkeiten. Besonders die Galaxien, die sich in großen Ansammlungen von Galaxien befinden - den sog. Galaxienhaufen - bewegen sich mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert km/s durch den Raum. Die Galaxienhaufen selbst bewegen sich auch und kollidieren manchmal mit anderen Galaxienhaufen, wobei sie dann letztendlich miteinander verschmelzen. Diese Prozesse sind die höchstenergetischen Prozesse seit dem Urknall. Durch all diese Dynamik werden natürlich die Galaxien beeinflusst. Der Raum zwischen den Galaxien ist nicht leer, sondern es befindet sich dort Gas, das sog. Haufengas. Dieses Haufengas ist zwar sehr dünn, aber die Galaxien spüren es trotzdem als eine Art Gegenwind. Dieses Haufengas übt einen Druck auf die Galaxien aus, der bewirkt, dass das Gas innerhalb der Galaxien zusammengedrückt wird und damit dichter wird. Neue Sterne entstehen aus Gas, und besonders viele Sterne entstehen da, wo das Gas dicht ist. Daher hat all die oben beschriebene Dynamik den Effekt, dass da wo Galaxienhaufen zusammenstoßen, besonders viele neue Sterne in den Galaxien entstehen. Neue Sterne sind heiß und leuchten hell, so dass man diesen Effekt in Beobachtungen nachweisen kann Ein weiterer Effekt des "Gegenwinds", der auf die Galaxien wirkt, ist, dass ein Teil des Galaxiengases abgestreift wird und zurückbleibt. Dieses abgestreifte Galaxiengas wird auch wieder vom Druck des Haufengases zusammengedrückt und daher entstehen auch hier neue Sterne. Diese ganz neue Erkenntnis bedeutet, dass auch Sterne im Raum zwischen den Galaxien entstehen und somit eine intergalaktische Sternpopulation aufgebaut wird.