Das Intracluster-Medium

Der Raum zwischen Galaxien in einem Haufen ist mit heißem, Röntgenstrahlung emittierendem Plasma gefüllt, dessen Masse die aller Sterne des Haufens zusammen übersteigt.

Definition

Das Intracluster-Medium ist das diffuse, heiße ionisierte Gas mit Temperaturen von mehreren zehn Millionen Grad, das das Volumen zwischen Galaxien in einem Haufen ausfüllt, Röntgenstrahlung emittiert und die dominante baryonische Komponente des Haufens darstellt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Eigenschaften des heißen Intracluster-Gases, seine Röntgenemission und die daraus ableitbaren Diagnostika, die Frage der Kühlströme in Haufenkernen und deren Unterdrückung durch Rückkopplung, die chemische Anreicherung des Gases sowie den Sunyaev-Zeldovich-Effekt, durch den Haufen einen Abdruck im kosmischen Mikrowellenhintergrund hinterlassen.

Core questions

• Welche Temperatur, Dichte und Zusammensetzung hat das Intracluster-Gas?
• Wie diagnostiziert die Röntgenemission den Zustand des Gases?
• Gibt es in Haufenkernen Kühlströme, und was verhindert ein unkontrolliertes Abkühlen?
• Wie ermöglicht der Sunyaev-Zeldovich-Effekt die Detektion von Haufen?

Key theories

Heißes Röntgenstrahlung emittierendes Gas

Das Intracluster-Medium ist Plasma, das durch das Gravitationspotential des Haufens auf Röntgenstrahlung emittierende Temperaturen erhitzt wird, wobei seine Emission die Gasdichte, Temperatur und die Gesamtmasse des Haufens offenbart.

Kühlströme und Rückkopplung

Dichte Haufenkerne sollten schnell abkühlen und Sterne bilden, doch Beobachtungen zeigen weit weniger Abkühlung als erwartet, was auf eine Heizung hindeutet, hauptsächlich durch den zentralen aktiven galaktischen Kern, die die Strahlungsverluste ausgleicht.

Der Sunyaev-Zeldovich-Effekt

Heiße Elektronen im Intracluster-Medium streuen Photonen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds zu höheren Energien, wodurch eine Verzerrung entsteht, die Haufen unabhängig von der Entfernung detektiert.

Clinical relevance

Das Intracluster-Medium enthält den Großteil der gewöhnlichen Materie eines Haufens und zeichnet dessen Heiz- und Anreicherungsgeschichte auf; seine Röntgen- und Sunyaev-Zeldovich-Signaturen sind primäre Werkzeuge, um Haufen zu finden und ihre Massen für die Kosmologie zu messen.

History

Röntgensatelliten in den 1970er Jahren zeigten, dass Haufen leuchtende Röntgenquellen sind, wodurch das heiße Intracluster-Medium etabliert wurde. Die erwarteten Kühlströme, die 1994 von Fabian rezensiert wurden, erwiesen sich in späteren hochauflösenden Daten weitgehend als nicht vorhanden, was auf AGN-Rückkopplung hindeutet, während der Sunyaev-Zeldovich-Effekt zu einer leistungsstarken Technik zur Haufenfindung wurde.

Key figures

• Craig Sarazin
• Andrew Fabian
• Rashid Sunyaev
• Yakov Zeldovich

Seminal works

• sarazin1988
• fabian1994
• sunyaev1972

Frequently asked questions

Warum ist das Gas zwischen Galaxien in einem Haufen so heiß?

Wenn Gas in den tiefen Gravitationspotenzialtopf eines Haufens fällt, wird es komprimiert und durch Schockwellen erhitzt, wobei es Temperaturen von mehreren zehn Millionen Grad erreicht. Bei diesen Temperaturen ist es vollständig ionisiert und leuchtet im Röntgenbereich.

Was ist das Kühlstromproblem?

In dichten Haufenkernen strahlt das Gas Energie schnell genug ab, dass es abkühlen und viele Sterne bilden sollte, doch Beobachtungen finden nur wenig solche Abkühlung. Die Lösung ist, dass die vom zentralen Schwarzen Loch injizierte Energie das Gas wieder aufheizt und den vorhergesagten Kühlstrom verhindert.