Ein von Argonne National Laboratory und LMU geleitetes Forschungsteam hat eine der bislang tiefsten Bestandsaufnahmen massereicher und weit entfernter Galaxienhaufen veröffentlicht: Rund 1.800 Galaxienhaufen im neuen Katalog liegen so weit entfernt, dass ihr Licht mehr als acht Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat. Der Katalog basiert auf fünf Jahren Beobachtungen des SPT-3G-Experiments an der Amundsen-Scott-Südpolstation in der Antarktis. Mit hochempfindlichen Messungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung identifizierte das internationale Team 8.892 mögliche Galaxienhaufen und bestätigte 7.190 von ihnen mithilfe von Beobachtungsdaten im Visuellen und Infraroten.
Besonders eindrucksvoll ist der Blick in große kosmische Entfernungen: Der SPT-3G-Katalog enthält etwa 1.800 bestätigte Galaxienhaufen bei Rotverschiebungen größer als eins. Der SPT-3G-Katalog enthält damit rund fünfzig Prozent mehr solcher fernen Systeme als der größte bisherige Sunyaev-Zel’dovich-Katalog – obwohl das South Pole Telescope dafür eine Himmelsregion untersucht hat, die etwa zehnmal kleiner ist.
„Unsere Analyse nutzt die phänomenal tiefen Daten von SPT-3G und öffnet damit ein neues Fenster zum frühen Universum“, sagt Lindsey Bleem, Physikerin am Argonne National Laboratory und Erstautorin der Studie. „Für die Galaxienhaufenkosmologie ist dieser Katalog ein neuer Meilenstein. Er wird über viele Jahre hinweg die Grundlage für zahlreiche Untersuchungen bilden.“
SPT-3G ist die Kamera am South Pole Telescope. Sie wurde 2017 mit 16.000 am Argonne National Laboratory gebauten Detektoren ausgerüstet. „Es ist beeindruckend, diesen neuen und außergewöhnlichen Galaxienhaufenkatalog zu sehen, der auf den Daten des SPT und des DES basiert“, sagt Joe Mohr, Professor für Physik an der LMU sowie Mitbegründer des SPT und des Dark Energy Survey (DES), von denen der Großteil der optischen Aufnahmen stammt, mit denen die Galaxienhaufen-Stichprobe bestätigt wurde. „Mehr als zehn Jahre nach dem First Light – den ersten wissenschaftlichen Beobachtungen – beider Himmelsdurchmusterungen liefern diese Projekte noch immer neue Entdeckungen.“
Galaxienhaufen enthalten Hunderte bis Tausende Galaxien, heißes Gas und große Mengen Dunkler Materie. Ihre Zahl und Verteilung verraten, wie kosmische Strukturen wachsen – und liefern damit wichtige Hinweise zum Verständnis der Dunklen Materie und Dunklen Energie.
Baryonen am Cluster-Rand
Ein kosmisches Filament aus heißem Gas
Neue Karte des Universums enthüllt Mega-Strukturen
Frühe Bildung von Galaxienhaufen
Der Kosmos ist zu homogen
Kosmisches Radiowellen-Loch aufgespürt
Planck und wie er die Welt sah
Die neuen Galaxienhaufen wurden nicht durch ihr Sternenlicht gefunden, sondern durch winzige Schatten im kosmischen Mikrowellenhintergrund. Wenn dieses uralte Licht das heiße Gas eines Galaxienhaufens durchquert, wird ein Teil davon zu höheren Energien verschoben. In den niederfrequenten Karten von SPT-3G erscheinen die Haufen daher als schwache dunkle Flecken. Diese Signatur ist als Sunyaev-Zel’dovich (SZ)-Effekt bekannt.
Gerade diese Methode macht SPT-3G für ferne Galaxienhaufen besonders wertvoll. Während frühere Durchmusterungen deutlich größere Himmelsflächen abdeckten, blickt SPT-3G tiefer in eine kleinere Region: Es erfasst schwächere Signale, masseärmere und weiter entfernte Systeme und schafft damit einen außergewöhnlich dichten SZ-Katalog.
„Bei der Arbeit mit unserer automatisierten Pipeline zur Bestätigung und Rotverschiebungsbestimmung der SPT-3G-Kandidaten habe ich viele der Systeme in optischen und infraroten Bilddaten als Teil der Qualitätskontrolle überprüft“, sagt Matthias Klein, Wissenschaftler an der Universitätssternwarte der LMU. „Die Galaxienhaufen hinter den Mikrowellensignalen mit eigenen Augen zu sehen, begeistert mich umso mehr für die Forschung, die diese Stichprobe ermöglichen wird.“
„Einen solchen Katalog aufzubauen, erfordert sehr viel sorgfältige Prüfung im Hintergrund“, sagt Kayla Kornoelje, Doktorandin an der Universität Chicago. „Ein großer Teil unserer Arbeit bestand darin, sicherzustellen, dass die Detektionen zuverlässig sind, damit diese Stichprobe in künftigen kosmologischen Arbeiten mit Vertrauen genutzt werden kann.“
Der Katalog liefert auch Hinweise auf die Entwicklung der Galaxienhaufen selbst. Da SPT-3G in mehreren Mikrowellenfrequenzen beobachtet, konnte das Team zusätzliche Emission aus Material in und um die Haufen untersuchen. Dabei zeigte sich eine deutlich stärkere Staubemission in Galaxienhaufen, die in früheren Zeiten des Universums sichtbar wird – ein Hinweis auf vermehrte Sternentstehung in diesen Umgebungen.
„Mit der SPT-3G-Galaxienhaufenstichprobe werden wir die Entwicklung der kosmischen Strukturbildung über die vergangenen 10 Milliarden Jahre untersuchen“, sagt Sebastian Bocquet, Wissenschaftler an der LMU. Er leitet die kosmologische Analyse des neuen Galaxienhaufenkatalogs.
Nun sollen aus der kosmischen Bestandsaufnahme präzise Erkenntnisse über das Universum gewonnen werden. Mit verbesserten Massenmessungen wollen die Forschenden herausfinden, wie schnell kosmische Strukturen gewachsen sind. Neue Beobachtungen, etwa mit der Euclid-Mission der ESA und der Vera-C.-Rubin-Sternwarte, werden helfen, noch weiter entfernte Galaxienhaufen in den SPT-3G-Daten zu bestätigen und zu charakterisieren. [LMU / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
L. E. Bleem, M. Klein, K. Kornoelje, et al., Galaxy clusters selected via the Sunyaev-Zel’dovich effect in 5 year data from the SPT-3G main survey, Open J. Astrophys., 1. Juli 2026, arXiv:2607.01175 [astro-ph.CO] - The South Pole Telescope (SPT), The University of Chicago
- SPT-3G – tri-chroic camera with 16,000 bolometers installed on the 10-meter-diameter South Pole Telescope, Argonne National Laboratory (ANL), Lemont, IL
- Lehrstuhl für Kosmologie und Strukturbildung (Joseph Mohr), Universitätssternwarte München (USM), Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München
