Astronomen haben einen außergewöhnlich heißen und dichten Galaxienhaufen entdeckt, SPT2349-56, der sich nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall bildete. Dieser Befund stellt aktuelle Modelle der Galaxienhaufenentwicklung in Frage und legt nahe, dass sich diese Strukturen weitaus schneller entwickeln können als bisher angenommen. Der Cluster enthält über 30 Galaxien auf relativ kleinem Raum – etwa 500.000 Lichtjahre im Durchmesser – und weist für sein Alter eine ungewöhnlich hohe Temperatur auf.
Unerwartet schnelle Erwärmung
Die Hauptanomalie liegt in der extremen Hitze des Intracluster-Mediums – des heißen Gases, das den Raum zwischen Galaxien innerhalb des Clusters füllt. Wissenschaftler gingen davon aus, dass dieses Gas Milliarden von Jahren brauchen würde, um die in ausgereiften Clustern beobachteten Temperaturen von oft mehreren zehn oder hundert Millionen Grad Celsius zu erreichen. Allerdings ist das Intracluster-Medium von SPT2349-56 mindestens fünfmal heißer als vorhergesagt, was darauf hindeutet, dass der Erwärmungsprozess viel schneller als erwartet ablief.
Diese Erwärmung wird wahrscheinlich durch supermassive Schwarze Löcher verursacht, die sich in den Galaxien des Clusters befinden und Energie in ihre Umgebung pumpen. Die Entdeckung legt nahe, dass diese Schwarzen Löcher bereits viel früher in der kosmischen Geschichte sehr aktiv und einflussreich bei der Gestaltung der Entwicklung des Clusters waren. Die Temperatur des Clusters wurde mithilfe des Sunyaev-Zeldovich-Effekts gemessen, der den Energieschub erfasst, der der übriggebliebenen Wärme des Urknalls (CMB-Strahlung) entsteht, wenn diese mit dem heißen Gas interagiert.
Ein Wandel im Verständnis der Clusterbildung
Andere frühe Galaxienhaufen wurden gefunden, wie z660D (entdeckt im Jahr 2019) und A2744z7p9OD (identifiziert durch JWST im Jahr 2023), aber diese wurden als Protocluster klassifiziert. Protocluster sind noch nicht vollständig gravitativ gebunden, was bedeutet, dass sie keinen stabilen Zustand erreicht haben. Aktuelle Modelle gehen davon aus, dass es Milliarden von Jahren dauert, bis Protocluster kollabieren und ihr Intracluster-Medium auf die Temperaturen reifer Cluster aufheizen. SPT2349-56 widerspricht dieser Erwartung und legt nahe, dass unser Verständnis der Clusterbildung unvollständig ist.
Hyperaktive Sternentstehung treibt Wachstum voran
Die Galaxien des Galaxienhaufens bilden Sterne mit erstaunlicher Geschwindigkeit – fünftausendmal schneller als die Milchstraße. Diese intensive Sternentstehung, gepaart mit den aktiven Schwarzen Löchern und der überhitzten Atmosphäre, schafft eine einzigartige Umgebung, die bestehende Theorien in Frage stellt. Die kompakte Größe von SPT2349-56 (ungefähr die gleiche Größe wie der Halo aus dunkler Materie in der Milchstraße) lässt darauf schließen, dass die Galaxien darin weiterhin schnell wachsen werden.
„Wir wollen herausfinden, wie die intensive Sternentstehung, die aktiven Schwarzen Löcher und diese überhitzte Atmosphäre interagieren und was uns das über die Entstehung heutiger Galaxienhaufen sagt“, sagte Zhou.
Die Entdeckung wirft kritische Fragen zum Zusammenspiel zwischen Sternentstehung, Aktivität Schwarzer Löcher und der schnellen Erwärmung des Intracluster-Mediums im frühen Universum auf. Weitere Forschungen zu SPT2349-56 und ähnlichen Systemen könnten unser Verständnis darüber, wie Galaxienhaufen entstehen und sich entwickeln, neu definieren.
