Astronomen haben nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall unerwartet heißes Gas in einem entfernten, sich entwickelnden Galaxienhaufen entdeckt. Diese mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gemachte Entdeckung stellt bestehende Modelle zur Entstehung und Entwicklung von Galaxienhaufen im frühen Universum in Frage. Der Protocluster mit der Bezeichnung SPT2349-56 liegt etwa 12,4 Milliarden Lichtjahre entfernt, was bedeutet, dass wir ihn so beobachten, wie er existierte, als der Kosmos nur ein Zehntel seines heutigen Alters hatte.
Die unerwartete Hitze
Die Beobachtungen zeigen eine extrem erhitzte Atmosphäre rund um den Kern des Haufens, der mehrere aktiv ernährende supermassereiche Schwarze Löcher und über 30 Galaxien enthält, die eine intensive Sternentstehung durchlaufen. Diese Galaxien bringen Sterne mit einer Geschwindigkeit hervor, die bis zu 1.000-mal schneller ist als unsere Milchstraße, und das alles in einem Raum, der nur dreimal größer ist.
„Wir hatten nicht erwartet, so früh in der kosmischen Geschichte eine so heiße Haufenatmosphäre zu sehen“, erklärt Dazhi Zhou, ein Doktorand. Kandidat an der University of British Columbia. Zuvor gingen Wissenschaftler davon aus, dass frühe Galaxienhaufen zu jung seien, um eine vollständig entwickelte heiße, stabile Atmosphäre zu haben.
Thermischer Sunyaev-Zel’dovich-Effekt
Der Durchbruch gelang durch die Nutzung des thermischen Sunyaev-Zel’dovich (tSZ)-Effekts, einer Technik, die den schwachen Schatten erkennt, der von heißen Elektronen in Galaxienhaufen vor dem Nachglühen des Urknalls – dem kosmischen Mikrowellenhintergrund – geworfen wird. Diese indirekte Methode ermöglichte es Astronomen, das heiße Gas zu kartieren, ohne das direkt von ihm emittierte Licht beobachten zu müssen.
Implikationen für die Clusterbildung
Die Entdeckung lässt darauf schließen, dass sich massive Cluster möglicherweise schneller und heftiger bilden als bisher angenommen, wobei mächtige Ausbrüche von supermassiven Schwarzen Löchern enorme Energie in das umgebende Gas injizieren. Die Studie legt nahe, dass diese energetischen Prozesse in Kombination mit intensiver Starburst-Aktivität das Intracluster-Gas in jungen Clustern schnell überhitzen können.
Diese Überhitzung ist wahrscheinlich ein entscheidender Schritt bei der Umwandlung dieser frühen, kühlen Cluster in die heute beobachteten ausgedehnten heißen Strukturen. Aktuelle Modelle der Galaxien- und Clusterentwicklung müssen möglicherweise überarbeitet werden, um diesen beschleunigten Erwärmungsprozess zu berücksichtigen.
Ein neues Labor für kosmische Evolution
SPT2349-56 bietet eine einzigartige Gelegenheit, die frühesten Stadien der Clusterbildung zu untersuchen. Das Zusammenleben von schneller Sternentstehung, energiereichen Schwarzen Löchern und einer überhitzten Atmosphäre in einem so jungen, kompakten Haufen ist beispiellos.
„SPT2349-56 ist ein sehr seltsames und aufregendes Labor“, betont Zhou. „Zwischen diesem heftigen Frühstadium und den ruhigeren Clustern, die wir später sehen, besteht immer noch eine große Beobachtungslücke.“ Die Kartierung, wie sich diese Atmosphären im Laufe der Zeit entwickeln, wird ein zentraler Schwerpunkt zukünftiger Forschung sein.
Die am 5. Januar 2026 in Nature veröffentlichten Ergebnisse (doi: 10.1038/s41586-025-09901-3) verschieben die Grenzen dessen, was Astronomen im frühen Universum untersuchen können, und werfen neue Fragen zum Zusammenspiel zwischen supermassiven Schwarzen Löchern, Galaxienbildung und der Entwicklung kosmischer Strukturen auf. Der früheste direkte Nachweis von heißem Galaxienhaufengas, über den jemals berichtet wurde, zwingt Wissenschaftler dazu, die Reihenfolge und Geschwindigkeit der Entwicklung von Galaxienhaufen zu überdenken.
