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ÖSTERREICH JOURNAL NR. <strong>210</strong> / 18. 04. 2024 Wissenschaft & Technik Galaxienhaufen auf die Waage gestellt 154 WissenschaftlerInnen des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik haben die kosmologischen Ergebnisse der ersten Röntgen-Himmelsdurchmusterung des Weltraumteleskops eRosita veröffentlicht. Im Juli 2019 startete der „Spektrum-Röntgen-Gamma“ Satellit. Mit an Bord: Das extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array, kurz eRosita, ein Weltraumteleskop, das vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) entwikkelt wurde. Über die vergangenen Jahre fertigte das Teleskop mit einer bisher nie dagewesenen Auflösung Röntgenbilder des ge - samten Himmels an. Durch die Röntgenaufnahmen wurden etwa 12000 Galaxienhaufen gefunden. Diese Daten ermöglichen es, kosmologische Modelle zu überprüfen und dunk - le Materie und Energie zu erforschen. Galaxienhaufen bestehen aus bis zu tausenden Galaxien und sind die größten Strukturen im Universum, die durch Gravitation miteinander verbunden sind. Um aus den neu - en Daten Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Universums zu ziehen, mußte die Masse dieser Objekte geschätzt werden. Dies war die Aufgabe der Arbeitsgruppe um Tim Schrabback am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck. Tim Schrabbacks Gruppe befaßt sich mit dem Gravitationslinseneffekt, der die Verzerrung von Licht durch große Massen beschreibt und genutzt werden kann, um die Masse sehr weit entfernter Objekte zu berechnen. Sebastian Grandis, Senior Scientist in der Gruppe, erklärt, wie das funktioniert: Verzerrte Hintergrundgalaxien „Aus vorherigen Studien wußten wir, daß diese Galaxienhaufen existieren müssen“, sagt Grandis. „Mit eRosita haben wir sie gezielt gesucht und gefunden. Entscheidend hierfür ist, daß das in den Galaxienhaufen vorhandene Plasma Röntgenstrahlen aussendet, weil dort unfaßbar hohe Temperaturen herrschen – ungefähr 10 Millionen °C. Wir kennen zunächst nur die Leuchtkraft dieser Objekte und ihre Entfernung zu uns, die mehrere Milliarden Lichtjahre beträgt. Hier kommt der Gravitationslinseneffekt ins Spiel. Wir analysieren die Form von Galaxien, die sich hinter den Galaxienhaufen be - © C.Garrel & M. Kluge. Vier Galaxienhaufen bei verschiedenen Rotverschiebungen. Blau und Lila stellt die Röntgenintensität dar, andere Farben die Galaxien im Haufen, die im optischem Licht strahlen. Die Striche zeigen die mittlere Verzerrung durch den Gravitationslinseneffekt der Galaxienhaufen im jeweiligen Rotverschiebungsbereich und sind wesentlich verstärkt dargestellt. finden. Diese erscheinen verzerrt, weil das Licht der Hintergrundgalaxien auf dem Weg zu uns von der Schwerkraft der Haufen ab - gelenkt wurde. Mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein können wir dann die Masse abschätzen, die diese Verzerrung verursacht hat. Dabei gilt: Je mehr Masse, desto stärker die Verzerrung.“ Die berechneten Massen der Galaxienhaufen mit den zuverlässigsten Daten wurden an das MPE zurückgesendet, wo sie mit kosmologischen Modellen verglichen wurden, um Rückschlüsse auf die Entstehung, Zusammensetzung und Ausbreitung des Universums zu ziehen. Einstein hat sich nicht geirrt Die Ergebnisse von eRosita bestätigen mit hoher Genauigkeit das Ergebnis vorheriger Berechnungen, nämlich daß das Universum zu 29 Prozent aus Materie besteht. Das Meiste davon ist dunkle Materie, über die bisher nicht viel bekannt ist. Auch die restlichen 71 Prozent sind eine mysteriöse Komponente: die dunkle Energie, die erstmals von Albert Einstein selbst in die kosmologischen Modelle als „kosmologische Konstante“ eingeführt wurde. Anhand der eRosita Ergebnisse läßt sich der Parameter „w“ be - stimmen, dessen gemessener Wert der kosmologischen Konstante ziemlich genau entspricht. Einstein hatte seine Hypothese zu »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at Lebzeiten wieder verworfen. „Unsere Be - rechnungen zeigen, daß Einstein doch recht gehabt hat und es ein Fehler von ihm war, die kosmologische Konstante später zu verwerfen“, sagt Grandis. Zu verstehen, was ge - nau dunkle Energie ist, gehört zu den größten heutigen Herausforderungen der Physik. Die Messung der größten Strukturen im Universum enthält auch Information über die kleinsten Teilchen. Neutrinos sind elektrisch neutral und so klein, daß sie sich kaum nachweisen lassen. Insbesondere ist es derzeit noch unklar, welche Masse Neutrinos haben. Das könnte sich durch die eRosita- Da ten bald ändern. „Die Häufigkeit der Ga - laxienhaufen bei einer gegebenen Masse und Entfernung lassen auch Rückschlüsse darauf zu, wie massereich Neutrinos sind, die frei durch den Kosmos fliegen und dadurch einen Einfluß auf seine Entwicklung und Struktur haben. In Kombination mit anderen Beobachtungsverfahren ermöglicht es unsere Analyse, die aktuell genausten Ergebnisse für den möglichen Massenbereich der Neutrinos abzuleiten“, sagt Grandis. Internationale Kooperation erschließt den Kosmos Um bei einem Projekt wie eRosita den größtmöglichen Erfolg zu erzielen, hat interdisziplinäre und internationale wissenschaftliche Kooperation eine große Rolle gespielt.
ÖSTERREICH JOURNAL NR. <strong>210</strong> / 18. 04. 2024 Wissenschaft & Technik 155 Für die Berechnungen des Gravitationslinseneffektes nutzte Grandis Daten des Dark Energy Surveys, einem internationalen Forschungsprojekt, das vom Cerro Tololo Inter- American Observatory in der Atacama-Wü - ste in Chile aus das Universum beobachtet. Zusätzlich nutzte die eRosita Kollaboration Gravitationslinsendaten zweier weiterer Be - obachtungsprogramme, dem vom Subaru Te leskop auf Hawaii aufgenommenen Hyper Suprime-Cam Strategic Survey, sowie dem Kilo Degree Survey (KiDS), welches vom VLT Survey Teleskop der Europäischen Süd - sternwarte aufgenommen wurde. „Ein wichtiger Validierungsschritt unserer Analyse war es, daß alle drei Beobachtungsprogramme übereinstimmende Meßergebnisse für die eRosita Galaxienhaufen liefern“, ergänzt Florian Kleinebreil, der die KiDS-Analyse von eRosita Galaxienhaufen als Doktorand am Institut für Astro- und Teilchenphysik leitete. Es gab aber auch bedeutende Rückschläge: Der SRG-Satellit, auf dem das eRosita- Teleskop montiert ist, ist eine russisch-deutsche Wissenschaftsmission. Seit Februar 2022 wurde die Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos eingestellt und eRosita in den Safe Mode versetzt. Seitdem hat es den wissenschaftlichen Betrieb nicht wieder aufgenommen, weshalb Daten nur bis 2022 gesammelt werden konnten. Anfang Februar veröffentlichte das eRosita-Konsortium bereits den bisher größten Datenkatalog von hochenergetischen kosmischen Quellen und machte ihn der wissenschaftlichen Gemeinde zugänglich, wie das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in einer Presseaussendung be kannt gab. Der Katalog umfaßt mehr als 900.000 Röntgenquellen im Universum, von etwa 710.000 supermassereichen schwarzen Lö - chern in fernen Galaxien (aktive galaktische Kerne) über 180.000 aktive Sterne in unserer eigenen Milchstraße bis hin zu 12.000 Galaxienhaufen und einer kleinen Anzahl anderer exotischer Quellen wie röntgenstrahlende Doppelsterne, Supernovaüberreste, Pulsare und andere Objekte. n https://www.uibk.ac.at/ https://erosita.mpe.mpg.de/ Internationales Projekt entdeckt neue Form von Magnetismus Ein internationales Forschungsprojekt hat mit Beteiligung der Johannes Kepler Universität Linz nun die Existenz von Altermagnetismus nachgewiesen. Seit Jahrhunderten wurde Magnetismus in zwei Bereiche eingeteilt: den ferromagnetischen und den antiferromagnetischen Zweig. Nun gibt es einen dritten: den Altermagnetismus. Diese Art Magnetismus kommt in bestimmten Materialien vor und hat einzigartige Eigenschaften, z.B. höhere Be - triebstemperaturen. „Damit ergeben sich spannende Anwendungsbereiche, zum Beispiel bei der Speicherung von Daten“, so Univ.-Prof. Gunther Springholz von der JKU Abteilung für Halbleiterphysik, die an dem Projekt beteiligt ist. Darüber hinaus könnten altermagnetische Materialien generell zu einer schnelleren und effizienteren Elektronik führen. Erst 2022 wurde die Existenz von Altermagnetismus theoretisch vorhergesagt, seither machten sich ExpertInnen auf die Suche danach. Gemeinsam wurden PhysikerInnen der Swiss Light Source (Paul Scherrer Institut), der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und der JKU nun fündig. Auch ForscherInnen aus Lausanne, Pilsen und Mainz waren beteiligt. Dank Photoemissions - spektroskopie konnte der Altermagnetismus in Kristallen aus Mangantellurid nachgewiesen werden. Die entsprechenden Proben wur - den im Reinraum an der JKU unter Ultrahochvakuum-Bedingungen hergestellt und in einem batteriebetriebenen Vakuumkoffer zum Synchrotron in die Schweiz transportiert. Foto: JKU Univ.-Prof. Gunther Springholz von der JKU Abteilung für Halbleiterphysik »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at „Zudem waren wir auch auch an den dortigen Messungen beteiligt, die am Paul Scher - rer Institut durchgeführt wurden“, so Springholz. Dabei wurde die Spinaufspaltung der elektronischen Bänder erstmalig nachgewiesen und damit gezeigt, daß Altermagnetis - mus tatsächlich existiert. „In unserer Arbeit konnten wir mit den Altermagneten erstmalig die Existenz einer völlig neuartigen Klasse von magnetischen Materialien experimentell nachweisen. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften für spinelektronische Bauelemente sind sie für zukünftige ultraschnelle und energieeffiziente Computerchips von großer Bedeutung“, freut sich Springholz über diesen Durchbruch. Die Entdeckung wurde mittlerweile in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ pu - bliziert. n https://www.jku.at/
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