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Gro"sr"aumige Galaxienverteilung

 

Als erstes Beispiel soll die Anordnung von Galaxien und damit die gro"sr"aumige Verteilung von Materie im Universum untersucht werden.

Die Materie in der unmittelbaren Umgebung unserer Erde ist inhomogen und strukturiert. Diese Strukturierung beschr"ankt sich aber nicht nur auf den Bereich unseres Sonnensystems und auf die Milchstra"se, sondern ist ein Merkmal des Universums an sich: Die leuchtende Materie des Kosmos konzentriert sich in Galaxien unterschiedlicher Gr"o"se und Masse. Ein gro"ser Anteil (etwa 80%) dieser Sternsysteme ist in Gruppen und Haufen angeordnet, wobei die Galaxienhaufen die auff"alligsten Materiekonzentrationen darstellen. Geht man von der Haufendefinition nach abell58 (mehr als 30 Mitglieder im Helligkeitsbereich von 2 Gr"o"senklassen unterhalb der dritthellsten Galaxie) aus, so befinden sich etwa 3-5% aller Galaxien in den Haufen. Viele Haufen sind untereinander durch filamentartige Br"ucken von Galaxien verbunden. Superhaufen, die sich aus jeweils mehreren Galaxienhaufen und -gruppen zusammensetzen, wurden zuerst von shapley30 diskutiert. Seither ist eine umfangreiche Literatur zu dieser Thematik erschienen. oort83 und bahcall88 publizierten "Ubersichtsartikel, w"ahrend u.a. bahcall84, west89, zucca93, einasto94 und kalinkov95 Verzeichnisse m"oglicher Superhaufen mitteilten.

Die Materiedichte au"serhalb der Galaxien ist au"serordentlich gering. Wie man aus R"ontgenbeobachtungen wei"s, ist die Gasdichte im Raum zwischen den Mitgliedern eines Haufens von der Gr"o"senordnung tex2html_wrap_inline4056 bis tex2html_wrap_inline4058 Teilchen cmtex2html_wrap_inline4060 [Uns"old & Baschek1988], w"ahrend die Dichte im allgemeinen intergalaktischen Raum weit darunter liegt und nur Obergrenzen abgesch"atzt werden konnten (field72 und harwit88).

F"ur die Analyse liegt es also nahe, die Positionen der Galaxien als Punktwolke zu betrachten und in dieser nach Clustern zu suchen, die dann nach M"oglichkeit mit den schon bekannten Galaxienhaufen identisch sind, oder noch weitergehend nach Konglomeraten von Galaxienhaufen zu suchen.

Der Grund f"ur diese Strukturierung ist der Mechanismus der Gravitationsinstabilit"at, wobei wichtige Details, wie etwa die Frage nach der dominierenden Materieform, durchaus noch offen sind. Das Universum entstand nach der allgemeinen Vorstellung aus einer Anfangssingularit"at mit hoher Energiedichte und Temperatur, dem Urknall [Weinberg1977]. Es folgte eine Phase der Expansion und Abk"uhlung. Als die Photonen nicht mehr genug Energie besa"sen, um Wasserstoff zu ionisieren, rekombinierten Protonen und Elektronen zu Wasserstoffatomen. Dadurch entkoppelte die elektromagnetische Strahlung von der Materie und konnte sich ungehindert ausbreiten. Bis zu diesem Zeitpunkt k"onnen wir heute zur"uckblicken und erkennen den Zustand zu diesem Moment als die kosmische Hintergrundstrahlung. J"ungste Untersuchung ergaben Schwankungen in der Hintergrundstrahlung, was durch geringf"ugige Dichteinhomogenit"aten zu diesem fr"uhen Zeitpunkt erkl"art wird [White et al.1994]. Um nun die Hypothesen der verschiedenen Urknallmodelle zu "uberpr"ufen, werden Computersimulationen durchgef"uhrt. Zur "Uberpr"ufung der Ergebnisse dieser Simulationen werden Vergleiche mit der beobachteten Struktur des Universums vorgenommen. Hierf"ur ist die Clusteranalyse ein wichtiges Hilfsmittel, um Strukturen zu erkennen.

Hier werden zwei solcher Datens"atze untersucht, zum einen der Rotverschiebungskatalog von andernach91, der auf dem aktualisierten Galaxienhaufenkatalog von Abell [Abell et al.1989] (im Folgenden ACO-Katalog) basiert, und zum anderen Ergebnisse von Simulationsrechnungen zur Strukturbildung mit kalter dunkler Materie, welche die gro"sr"aumige Galaxienverteilung gut wiedergeben (doroshkevich99 und knebe99).




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Udo Schwarz
Thu Mar 1 15:43:04 MET 2001