Abell 3376

(Originalarbeit unter https://chandra.harvard.edu)

Einsteins Theorie erwehrt sich Herausforderern

X-ray: NASA/CXC/SAO/A. Vikhlinin; ROSAT – Optical: DSS – Radio: NSF/NRAO/VLA/IUCAA/J. Bagchi
X-ray: NASA/CXC/SAO/A. Vikhlinin; ROSAT
Optical: DSS
Radio: NSF/NRAO/VLA/IUCAA/J. Bagchi

  • Mit verschiedenen Methoden haben zwei voneinander unabhängige Teams Gravitation und Allgemeine Relativitätstheorie mit Chandra-Beobachtungen von Galaxienclustern getestet
  • Die Ergebnisse jeder Gruppe zeigen, daß Einsteins geniale Theorie sogar bei den größten Skalen funktioniert
  • Solche Untersuchungen sind notwendig, um die Entwicklung des Universums und die Natur der Dunklen Energie, eine der größten Rätsel in der Wissenschaft, zu verstehen

Zwei voneinander unabhängige Teams berichteten über die Beobachtungen von Galaxienclustern mittels Chandra, um die Eigenschaften der Gravitation auf kosmischen Größenordnungen zu untersuchen und Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu testen. Solche Untersuchungen sind für das Verständnis der Entwicklung des Universums, sowohl der Vergangenheit als auch der Zukunft, und zur Untersuchung der Natur der Dunklen Energie, eines der größten Rätsel der Wissenschaft, wichtig.

In diesem Kompositbild des Galaxienclusters Abell 3376 sind Röntgendaten vom Chandra-Röntgen-Observatorium und dem Teleskop ROSAT in gold, ein optisches Bild des Digitized Sky Survey in rot, grün und blau sowie ein Radiobild vom VLT in blau gezeigt. Das „geschoßförmige“ Erscheinungsbild der Röntgendaten wird durch eine Verschmelzung hervorge-rufen, da Material von der rechten Seite in den Galaxiencluster strömt. Die riesigen Radiobögen auf der linken Seite des Bildes können durch Schockwellen erzeugt werden, die durch diese Verschmelzung entstehen.

Das Wachstum von Galaxienclustern wie Abell 3376 wird durch die Rate der Expansion des Universums beeinflußt – gesteuert durch die konkurrierenden Effekte der Dunklen Materie und der Dunklen Energie – und durch die Eigen-schaften der Gravitation auf großen Skalen. Im Gegensatz dazu hängen Beobachtungen von Supernovae oder der groß-räumigen Verteilung von Galaxien nur von der Ausdehnungsrate des Universums ab und sind nicht empfänglich für die Eigenschaften der Gravitation.

In der ersten Untersuchung zur Schwerkraft wurde eine alternative Theorie zur Allgemeinen Relativitätstheorie, „f(R)-Gravitation“ genannt, getestet. In dieser Theorie stammt die Beschleunigung der Ausdehnung des Universums nicht von einer exotischen Form der Energie, sondern von einer Modifikation der Schwerkraft. Abschätzungen der Massen von Galaxienclustern im lokalen Universum wurden mit Vorhersagen der f(R)-Gravitation verglichen. Daten aus geometrischen Untersuchungen, wie zum Beispiel Supernovae ablaufen, zog man ebenfalls heran. Beim Vergleich von Theorie und Beobachtung fand man keinen Hinweis darauf, daß sich die Gravitation auf Skalen größer als 130 Millionen Lichtjahre von der Gravitation aus der Allgemeinen Relativität unterscheidet. Dieser Wert entspricht einer hundertfachen Verbesserung in den Grenzen des Wirkungsbereichs der abgeänderten Schwerkraft, der ohne Verwendung der Clusterdaten festgelegt werden kann.

In der zweiten Studie wurde ein  Vergleich zwischen Röntgenbeobachtungen darüber, wie schnell Galaxiencluster im Laufe der kosmischen Zeit hinweg gewachsen sind, und der Vorhersage der  Allgemeinen Relativitätstheorie gezogen. Auch hier wurden Daten geometrischer Untersuchungen, wie Entfernungen zu Supernovae und Galaxienclustern einbezogen. Zwischen Theorie und Beobachtung wurde eine nahezu vollständige Übereinstimmung festgestellt und spricht gegen jegliche alternativen Gravitationsmodelle mit einer abweichenden Wachstumsrate. Besonders die „DGP-Gravitation“ (benannt nach ihren Erfindern Gia Dvali, Gregory Gabadadze und Massimo Porrati) sagt eine langsamere Wachstumsrate als die Allgemeine Relativitätstheorie voraus, da die Schwerkraft auf großen Skalen geschwächt wird, weil sie sich in einer Extradimension verliert. Wie die f(R)-Gravitation ist das DGP-Modell entwickelt worden, um die Notwendigkeit einer exotischen Form der Energie zu vermeiden, die die kosmische Beschleunigung verursacht.

Chandra-Beobachtungen von Galaxienclustern sind vor Kurzem dazu genutzt worden, um zu zeigen, daß die Dunkle Energie das Wachstum dieser massereichen Strukturen über die vergangenen 5 Milliarden Jahre gedämpft hat und liefern einen unabhängigen Beleg für die Existenz der Dunklen Energie, in dem sie einen anderen Weg anbieten, kosmische Entfernungen zu messen.

  • Kurzinformation:
  • Scale: Image is 29 arcmin across (about 5 million light years across)
  • Category: Groups & Clusters of Galaxies
  • Coordinates (J2000): RA 06h 02m 10.00s | Dec -39° 57´ 20.99″
  • Constellation: Columba
  • Color Code: X-ray (Gold); Optical (Red, Green, Blue); Radio (Blue)
  • Instrument: ACIS
  • Distance Estimate: about 614 million light years
  • Release Date: April 14, 2010
  • References: F. Schmidt et al. “Cluster constraints on f(R) gravityPhys Rev D 80, Issue 8
  • References: D. Rapetti et al. “The observed growth of massive galaxy clusters – III. Testing general relativity on cosmological scalesMNRAS 406, Issue 3