Im Universum verbinden sich Galaxien zu Clustern (Galaxienhaufen), die so groß sind, dass Licht zehn Millionen Jahre brauchen kann, um von einem Ende eines Galaxienhaufens zum anderen Ende zu reisen. Diese Strukturen zu untersuchen ist keine leichte Aufgabe. Aber der Dozent für Astronomie Andisheh Mahdavi (San Francisco State University) hat eine Jahrhunderte alte mathematische Formel gefunden, die Wissenschaftlern dabei helfen könnte, die Gestalt und Größe von Galaxienhaufen zu erfassen.
Die meisten Galaxien sammeln sich in Gruppen von wenigen bis mehreren Tausend Galaxien, die von extrem heißen Gas und der rätselhaften Dunklen Materie zusammengehalten werden. Galaxienhaufen faszinieren Wissenschaftler, weil sie Anhaltspunkte über die Natur der Dunklen Materie liefern, jener Materie, von der man glaubt, dass sie die Galaxienhaufen zusammenhält.
Galaxienhaufen sind die schwersten Strukturen im Universum und zugleich die jüngsten Strukturen, die sich im Universum gebildet haben. Forscher benutzen sie, um herauszufinden, wie Galaxien sich entwickeln und wie Galaxienhaufen miteinander kollidieren.
„Wenn man einen Galaxienhaufen am Himmel anschaut, sieht man ihn wie ein Gemälde“, sagte Mahdavi. „Was man nicht weiß ist, wie weit sich der Galaxienhaufen vom eigenen Beobachtungsstandort ausdehnt. Das ist ein großes Problem für Astronomen.“
Leistungsfähige Teleskope können Galaxienhaufen beobachten, aber sie können uns nicht sagen, wie tief sich ein Galaxienhaufen entlang der Sichtlinie erstreckt. Mahdavi und sein Student Weihan Chang haben ihre Studie kürzlich in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht und schlagen einen neuen Lösungsansatz für das Problem vor.
„Wir haben eine neue Einsatzmöglichkeit für eine jahrhunderte alte mathematische Formel namens Cauchy-Schwarzsche Ungleichung gefunden“, sagte Mahdavi. Wissenschaftler können ihre Daten aus Teleskopbeobachtungen in diese Formel eingeben und sie verwenden, um die minimale Tiefe eines Galaxienhaufens entlang der Sichtlinie zu berechnen.“ (Anm. d. Red.: Die Ungleichung wurde erstmals im Jahr 1821 erwähnt und trägt heute die Namen von Augustin Louis Cauchy und Hermann Amandus Schwarz. Sie wurde unter anderem für die Herleitung der Heisenbergschen Unschärferelation benutzt.)
Bis jetzt verlangten die einzigen mathematischen Modelle für diesen Zweck von den Wissenschaftlern Vermutungen über die Form eines Galaxienhaufens, wobei oft explizit eine eiförmige oder ballförmige Gestalt erforderlich war.
Aber solche Vermutungen sind häufig nicht korrekt, wenn man die irregulären Formen von Galaxienhaufen anschaut. „Wenn man einen Galaxienhaufen betrachtet, sieht er oft aus wie eine Amöbe, und das sogar, obwohl man die dritte Dimension nicht sehen kann“, sagte Mahdavi. „Manchmal sind zwei Galaxienhaufen einfach miteinander kollidiert und sehen aus wie ein kosmisches Zugwrack.“
Mahdavi glaubt, dass die Formel Wissenschaftlern dabei behilflich sein wird, die Geometrie von Galaxienhaufen zu bestimmen, was die Untersuchung von Dunkler Materie verstärken und die Computersimulationen von kollidierenden Galaxienhaufen verbessern wird.
Mahdavi testete die Cauchy-Schwarzsche Ungleichung durch Beobachtungen des Bullet Clusters, ein Galaxienhaufen, der dafür bekannt ist, den bislang besten Hinweis auf die Existenz Dunkler Materie zu enthalten. Er wird die Formel auch benutzten, um seine Arbeit über Abell 520 fortzuführen, einen Galaxienhaufen, von dem man annimmt, dass er das Ergebnis einer Kollision von drei Galaxienhaufen ist.
Die im The Astrophysical Journal Letters veröffentlichte Studie ist online verfügbar unter:
http://iopscience.iop.org/2041-8205/735/1/L4
Quelle: http://www.sfsu.edu/news/2011/summer/5.html
(THK)
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