Untersuchung der Natur der dunklen Energie mit Galaxienhaufen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein detailliertes Verständnis der Physik von Galaxienhaufen ist eine wichtige Voraussetzung für ihre Nutzung als kosmologische Testobjekte, insbesondere zur Untersuchung der dunklen Energie. In diesem Projekt konnten wir in verschiedenen Bereichen dazu beitragen, dieses Verständnis zu erweitern: (i) In den Zentren von Galaxienhaufen ist die Kühlzeit des Intrahaufengases teilweise recht kurz. Trotzdem kühlt das Gas nicht so stark wie erwartet. Wir haben eine der detailliertesten Untersuchungen der Zentren einer kompletten Stichprobe von Galaxienhaufen mit Daten des Chandra Satelliten durchgeführt. Dies hat zu einem besseren Verständnis des Problems geführt. In weiteren Arbeiten konnten wir zusätzliche Belege liefern, dass die zentralen supermassereichen schwarzen Löcher wahrscheinlich Teil der Lösung sind und beide Prozesse, Kühlung und Aufheizung, Einfluß auf die Röntgenleuchtkraft–Gastemperatur Skalierungsrelation haben. (ii) Verschmelzungsprozesse von Galaxienhaufen können eine robuste Massenbestimmung erschweren. Mit XMM-Newton-Daten haben wir eine Methode auf Grund von Temperaturkarten entwickelt, die sehr sensitiv auf Substruktur reagiert. Darüberhinaus haben wir mit den XMM-Newton-Daten der kompletten Stichprobe eine detaillierte Untersuchung des Einflusses von Verschmelzungsprozessen auf die Röntgenleuchtkraft– Galaxien-Geschwindigkeitsdispersion durchgeführt. (iii) Es zeigte sich, dass XMM-Newton und Chandra nicht sensitiv auf die äußersten Bereiche von Galaxienhaufen sind. In der Tat lassen sich nur ca. 10% des Gesamtvolumens von Galaxienhaufen mit diesen beiden Satelliten untersuchen. Daher nutzten wir, als eine der ersten Gruppen, Daten des neueren Suzaku Satelliten, um diese wichtigen Bereiche erstmalig zu vermessen. Wir fanden eine relativ gute Übereinstimmung mit Vorhersagen numerischer Simulationen. Die Untersuchung der “Cluster Outskirts” hat sich mittlerweile zu einem aktiven neuen Forschungszweig entwickelt. (iv) Messungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung sind sehr sensitiv auf verschiedene kosmologische Parameter. Wir haben die Konsistenz der WMAP3 Ergebnisse mit der Anzahldichte und der Röntgenleuchtkraft–Masse Relation von Galaxienhaufen überprüft und, im Gegensatz zu früheren Vergleichen, eine sehr gute Übereinstimmung gefunden, insbesondere auch für den Parameter σ8. (v) Im Vergleich zu den massereicheren Galaxienhaufen sind Galaxiengruppen bisher weniger studiert. Man kann qualitative Unterschiede erwarten, insbesondere da wegen des geringeren Gravitationspotentials andere physikalische Prozesse mehr Gewicht haben können. Zukünftige Röntgendurchmusterungen (zum Beispiel mit eROSITA) werden größtenteils Galaxiengruppen detektieren. Daher haben wir eine Stichprobe von Galaxiengruppen mit Chandra analysiert und festgestellt, dass die Unterschiede teilweise geringer sind als man erwarten könnte. Dies sind gute Nachrichten für die Nutzung auch von Galaxiengruppen für kosmologische Zwecke. (vi) Die Entwicklung von Galaxienhaufen hängt stark von kosmologischen Parametern ab. Bei höheren Rotverschiebungen ist der Anteil von verschmelzenden Galaxienhaufen höher. Die Massenbestimmung mit Hilfe des Gravitationslinseneffekts ist unabhängig von Annahmen über Gleichgewichtszustände in Galaxienhaufen. Wir haben optische “weak lensing” Beobachtungen einer entfernten kompletten Stichprobe von Galaxienhaufen vorangetrieben. Die ersten Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung der beiden unabhängigen Massenbestimmungsmethoden (Röntgen- und Lensing-Methode).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The galaxy cluster X-ray luminosity–gravitational mass relation in the light of the WMAP 3rd year data; A&A, 453, 39, 2006
Reiprich, T. H.
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X-ray detection of the proto supermassive binary black hole at the centre of Abell 400; A&A, 453, 433, 2006
Hudson, D. S.; Reiprich, T. H.; Clarke, T. E.; Sarazin, C. L.
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Statistics of X-ray observables for the cooling-core and non-cooling core galaxy clusters; A&A, 466, 805, 2007
Chen, Y.; Reiprich, T. H.; B¨ohringer, H.; Ikebe, Y.; Zhang, Y.-Y.
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High Metallicity of the X-Ray Gas Up to the Virial Radius of a Binary Cluster of Galaxies: Evidence of Galactic Superwinds at High-Redshift; PASJ, 60, 343, 2008
Fujita, Y.; Tawa, N.; Hayashida, K.; Takizawa, M.; Matsumoto, H.; Okabe, N.; Reiprich, T. H.
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AGN heating and ICM cooling in the HIFLUGCS sample of galaxy clusters; A&A, 501, 835, 2009
Mittal, R.; Hudson, D. S.; Reiprich, T. H.; Clarke, T.
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Suzaku measurement of Abell 2204’s intracluster gas temperature profile out to 1800 kpc; A&A, 501, 899, 2009
Reiprich, T. H.; Hudson, D. S.; Zhang, Y.-Y.; Sato, K.; Ishisaki, Y.; Hoshino, A.; Ohashi, T.; Ota, N.; Fujita, Y.
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X-Ray Substructure Studies of Four Galaxy Clusters Using XMM-Newton Data; ApJ, 699, 1178, 2009
Zhang, Y.-Y.; Reiprich, T. H.; Finoguenov, A.; Hudson, D. S.; Sarazin, C. L.
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Non-parametric modeling of the intra-cluster gas using APEX-SZ bolometer imaging data; A&A, 519, 29, 2010
Basu, K.; Zhang, Y.-Y.; Sommer, M. W.; Bender, A. N.; Bertoldi, F.; Dobbs, M.; Eckmiller, H.; Halverson, N. W.; Holzapfel, W. L.; Horellou, C.; Jaritz, V.; Johansson, D.; Johnson, B.; Kennedy, J.; Kneissl, R.; Lanting, T.; Lee, A. T.; Mehl, J.; Menten, K. M.; Navarrete, F. P.; Pacaud, F.; Reichardt, C. L.; Reiprich, T. H.; Richards, P. L.; Schwan, D.; Westbrook, B.
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The 400d Galaxy Cluster Survey weak lensing programme. I. MMT/Megacam analysis of CL0030+2618 at z = 0.50; A&A, 520, 58, 2010
Israel, H.; Erben, T.; Reiprich, T. H.; Vikhlinin, A.; Hildebrandt, H.; Hudson, D. S.; McLeod, B. A.; Sarazin, C. L.; Schneider, P.; Zhang, Y.-Y.
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What is a cool-core cluster? a detailed analysis of the cores of the X-ray flux-limited HIFLUGCS cluster sample; A&A, 513, 37, 2010
Hudson, D. S.; Mittal, R.; Reiprich, T. H.; Nulsen, P. E. J.; Andernach, H.; Sarazin, C. L.
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HIFLUGCS: Galaxy cluster scaling relations between X-ray luminosity, gas mass, cluster radius, and velocity dispersion; A&A, 526, 105, 2011
Zhang, Y.-Y.; Andernach, H.; Caretta, C. A.; Reiprich, T. H.; Böhringer, H.; Puchwein, E.; Sijacki, D.; Girardi, M.
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The Lx–Tvir relation in galaxy clusters: Effects of radiative cooling and AGN heating; A&A, 2011
Mittal, R.; Hicks, A.; Reiprich, T. H.; Jaritz, V.
