Artikel zu "Abell 2218"
MIV: Our Milky Way Galaxy
  • Abell 2218 Gravitationslinse (z = 0.175) — :   

  • K1 Gravitationslinsen
  • K2 Galaxienhaufen Abell 2218
  • K2.1 Galaxies in the core of Abell 2218
  • K3.1 Neutraler Wasserstoff in einer fernen Galaxie
  • K3.2 Ein Baustein der ersten Galaxien?
  • K3.3 The 4 systems of A2218
  • K4
  • — :   
  • Entferntester Punkt im Universum erspäht
  • Infant galaxy found (z=5.58)
  • Literatur
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K1   Gravitationslinsen

Ablenkung von Licht im Gravitationsfeld
Kurzgeschichte
  • Newton: Lichtausbreitung geradlinig.
  • 1801: Soldner vermutet , daß der Lichtstrahl (als Bahn eines klassischen Teilchens) nach den Gesetzen der Newtonschen Mechanik im Schwerefeld eines Himmelskörpers abgelenkt wird. Die Größe der Ablenkung hängt nicht von der Masse des Teilchens sondern nur von seiner Geschwindigkeit ab. Soldner erhielt einen Wert für die Lichtablenkung, indem er die Teilchengeschwindigkeit durch die Lichtgeschwindigkeit ersetzte.
  • 1915: Einstein (nach Entwicklung seiner Allgemeinen Relativitätstheorie) findet, daß der wahre Wert einen Faktor zwei höher ist als der von Soldner.
  • 1964: Refsdal zeigt, die Zeitverzögerung eines Lichtsignals längs verschiedener Lichtwege bestimmt die Geometrie.

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FIG. 1.— Beispiel einer Gravitationslinse: Einsteinkreuz
Als berühmtes Beispiel einer Gravitationslinse ist hier das sogenannte Einsteinkreuz dargestellt.
Ein weit entfernter Quasar [QSO 2237+0305] mit Rotverschiebung z = 1.69 wird durch den Linseneffekt einer Vordergrundgalaxie mit Rotverschiebung 0.039 in vier Bilder verschiedener Helligkeit abgebildet. Das Zentrum der linsenden Galaxie befindet sich in der Mitte der vier Bilder (zentraler weißer Fleck) und bildet mit diesen ein Kreuz. Die Masse in dem Kreis, der diese 4 Quasarbilder einschließt, muß gleich der von 20 Milliarden Sonnen sein, um die beobachtete Bildaufspaltung (1.8 Bogensekunden) zu erklären. Ohne die linsende Vordergrundgalaxie würde man den Quasar nur einmal sehen, und zwar ungefähr in der Mitte der vier Bilder.
Nur etwa einer von 100 hellen Quasaren wird durch den Linseneffekt einer Vordergrundgalaxie mehrfach abgebildet. Denn dazu muß eine Galaxie in unmittelbarer Nähe der Sichtlinie zwischen uns und dem Quasar liegen. Ist die Galaxie zu weit weg davon, wird die Lichtablenkung zu schwach um Mehrfachbilder zu erzeugen.
Der Nutzen solcher Beobachtungen besteht darin, daß man damit die Massenverteilung im Zentrum von Galaxienhaufen detailliert untersuchen kann. Insbesondere mißt man damit, wieviel der gesamten Materie in Form von dunkler Materie vorliegen muß, und ob die schwersten Galaxien auch dort sind wo die meiste dunkle Materie ist.
Mit dem Linseneffekt lernen wir nicht nur etwas über die Materieverteilungen in Galaxien und Galaxienhaufen, sondern wir benutzen diese auch als kostenlose - allerdings nicht verstellbare - Teleskope. Wie man an den leuchtenden Bögen in den folgenden Bildern sehen kann, werden Hintergrundobjekte nicht nur verzerrt sondern auch größer und damit insgesamt heller. Die natürlichen Teleskope erleichtern es uns damit, intrinsisch kleine und schwache Objekte zu untersuchen.

K2   Galaxienhaufen Abell 2218

Info: Galaxienhaufen Abell 2218
Abell 2218 is a rich galaxy cluster composed of thousands of galaxies and a mass equivalent to ten thousand galaxies interspersed throughout the cluster. The cluster is located relatively nearby - at a distance of 1 Gpc (redshift z = 0.18).
Galaxy cluster A2218 hat z = 0.18 (Masse etwa 5× 1014 M&sun;) und dient als (30-fache) Verstärker Linse für eine `baby-galaxy' mit z = 5.58
(Alter 2 Myr, Masse 106 M&sun;).
The galaxy's light has been magnified more than 30 times by Abell 2218 and split into two `images' by the uneven distribution of matter in the cluster. Many galaxy clusters were investigated before such a clear-cut candidate for a very distant galaxy building block was found.
Images taken from the Hubble archive and spectroscopy carried out by one of the ground-based Keck Telescopes revealed that this galaxy is one of the most distant found so far.



K2.1   Galaxies in the core of Abell 2218

Abell 2218 — Großbildansicht
Authors: S.F.Sanchez, N.Cardiel, M.Verheijen, S.Pedraz, G.Covonne
Journal-ref: MNRAS (2006) [astro-ph/0611660 ]
Title: Morphologies and stellar populations of galaxies in the core of Abell 2218
Abstract: We present a study of the stellar populations and morphologies of galaxies in the core of the galaxy cluster Abell 2218. Integral field spectroscopy was obtained to obtain a complete flux limited sample of cluster members within its field-of-view (~74"X64").
In addition of 31 galaxies with known redshifts in the outer regions, we built up a final sample of 59 spectroscopically confirmed cluster members. Multiban photometry and detailed morphologies were obtained using deep images taken with the HST/ACS camera in the BVRI and z-bands.
The CM diagram shows that the E-type galaxies cover the range of brighter and redder colors. A large fraction of spiral galaxies (~50%) is found. They cover a wide range in colors.
This result, together with the distributions of ages, metallicities and masses, indicates that E-type galaxies are more massive and have older stellar populations, while L-type galaxies are less massive and have a wider range of stellar Our results agree with a proposed two-step scenario for the evolution of galaxies in clusters.
In addition, an extremely blue merging galaxy system is found at the core, with the nominal redshift of the cluster.
1. Introduction
Galaxy clusters have been used for decades to study the evolution of galaxies. Being tracers of the largest density enhancements in the Universe, they are considered the regions where galaxies formed first.
At low redshift they are dominated by large early-type galaxies (E/S0), which colors are consistent with a bulk formation of their stars at high redshift. Classically, it was thought that the evolution of this dominant population through different cosmological epochs was largely passive without signatures of important deviations (ie., periods of more recent star formation).
However, this simple picture has changed in the last decades.
Butcher et al. (1983) and Butcher & Oemler (1984) showed an increase in the fraction of blue galaxies in clusters with redshift. High-resolution ground-based and HST images have shown that they correspond to galaxies with late-type morphologies, often disturbed or with close companions.
One observes a morphological evolution of the galaxies in clusters, in the sense that the fraction of E-type galaxies remains constant as a function of different cosmological epochs, while the fraction of S0’s increases at the expense of L-types towards lower redshift.
Abell 2218 is one of the richest clusters in the Abell catalogue (Abell et al. 1989), with a richness class of 4. It has a redshift of z ~ 0.17, and a velocity dispersion of 1370 km s-1.
The cluster shows a set of arc-lenses. Detailed high-resolution X-ray maps (McHardy et al. 1990) and mass-concentration studies based on the properties of the gravitational lenses have shown that the cluster has two density peaks, the strongest of them dominated by a large cD galaxy. 
REFERENCES
Abell, G. O., Corwin, H. G., & Olowin, R. P. 1989, ApJS, 70, 1
Butcher, H., & Oemler, A. 1978, ApJ, 219, 18
Butcher, H., & Oemler, A. 1978, ApJ, 226, 559
Butcher, H., Wells, D. C., & Oemler, A. 1983, ApJS, 52, 183
Butcher, H., Oemler, A., 1984, ApJ, 285, 426
McHardy, I.M., Stewart, G.C., Edge, A.C., et al. 1990, MNRAS, 242, 215



K3  




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Literatur zu ""
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Neutraler Wasserstoff in einer fernen Galaxie

ist jetzt mit dem Westerbork Synthesis Radio Telescope in den Niederlanden in einer Galaxie im Haufen Abell 2218 nachgewiesen worden - der immerhin eine Rotverschiebung von 0.18 hat und doppelt so weit entfernt ist wie der bisherige Rekordhalter. Der Erfolg, genau 50 Jahre nach der ersten Beobachtung der 21-cm-Linienstrahlung des Wasserstoffs im Weltraum überhaupt, erforderte 100 Stunden Messzeit mit einem Radiointerferometer mit einer Gesamtöffnung von fast 100 Metern.

Genauso interessant wie der mühsame Nachweis der Strahlung ist aber auch die Tatsache, dass er nur bei genau einer einzigen Galaxie des Haufens gelang (jetzt A2218-H1 genannt): Alle anderen haben ihren Wasserstoff offenbar verloren, als sie wieder und wieder durch das Gas zwischen den Galaxien sausten. Abell 2218 ist einer der dichtesten bekannten Galaxienhaufen, wo dieser Verlust besonders schnell abläuft. Das heisst aber auch, dass A2218-H1 erst vor weniger als 100 Millionen Jahren von dem Galaxienhaufen aufgesammelt wurde, während alle anderen Galaxien schon lange in ihm hausen. Und das wiederum passt zu dem heutigen Bild eines Universums geringer Dichte, in dem die Galaxienhaufen schon bei Rotverschiebungen jenseits von 1 weitgehend fertig waren. [16.9.2001]

Quellen: Zwaan et al., Science 293 [7.9.] 1800-3 + Braun, ibid. 1781-2. Link: ein UniSci-Artikel.

Normally, radiation from hydrogen is detected at 1420 megahertz -- a frequency within the protected bands. But the extraordinary distance of the galaxy found by Dr. Zwaan and his colleagues and the fact that the universe is expanding away from us at a large velocity means that the frequency at which the radiation of hydrogen is detected shifts to 1200 megahertz.

Ein Baustein der ersten Galaxien?

Einer Gravitationslinse sei Dank: Der berühmte Galaxienhaufen Abell 2218 verzerrt nicht nur dahinter stehende Galaxien zu langen Bögen, sondern verstärkt auch die Helligkeit schwacher Objekte im Hintergrund um das bis zu 40-fache. Diesen Effekt haben nun Astronomen ganz gezielt ausgenutzt, um ein kleines und extrem schwaches intergalaktisches Objekt von nur einer Million Sonnenmassen mit einer Rotverschiebung von stolzen 5.58 sichtbar zu machen - sonst wäre es selbst Hubble und Keck verborgen geblieben.

Zum ersten Mal fällt nun der Blick auf das frühe Universum abseits der hellen Galaxien und Quasare, die man auch ohne Linsen-Hilfe bei solchen Rotverschiebungen sehen kann. Das namenlose Objekt, das von Abell 2218 in zwei Bilder gespalten wird, die 33- bzw. 30-fach aufgehellt werden, steht isoliert im Raum und ist nicht etwa eine sternbildende Subkomponente einer ausgedehnteren Galaxie: Es ist nur 500 Lichtjahre gross, hätte ungelinst eine I-Helligkeit von 30m und bildet - wie seine Lyman-Alpha-Leuchtkraft verrät - Sterne in grosser Zahl. Die Vermutung ist nun, dass das Universum nur 1 Mrd. Jahre nach dem Urknall voll von solchen Systemen war, aus dener Verschmelzung dann die heutigen Galaxien hervorgingen. [8.10.2001]

[350] Links: ein detailliertes Paper von Ellis et al., Ap.J.

The 4 systems of A2218

multiple images in A2218
system z N
#1 0.702 4
#2 1.034 3
#3 2.515 3
#4 5.576 2
z: Rotverschiebung; N: Anzahl der Bilder

Multiple-Images in the Cluster Lens Abell 2218: Constraining the Geometry of the Universe ?

G. Soucail and J.-P. Kneib and G. Golse (2004)

A detailed study of the lensing configuration in the cluster Abell 2218:

Four multiple-images systems with measured spectroscopic redshifts have been identified in this cluster. These multiple images are very useful to constrain accurately the mass distribution in the cluster core, but they are also sensitive to the value of the geometrical cosmological parameters of the Universe.

Using a simplified maximum likelihood analysis gives 0 < Wm < 0.30 assuming a flat Universe, and 0 < Wm < 0.33 and w < -0.85 for a flat Universe with dark energy.
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Central part of the WFPC2 image of Abell 2218 displaying the 4 systems of multiple images (1 to 4). The critical lines at zS1 = 0.702 and zS4= 5.576 are indicated for the best mass model. North is up, East is left.
Interestingly, an Einstein-de Sitter model is excluded at more than 4s. These constraints are consistent with the current constraints derived with CMB anisotropies or supernovae studies.

The proposed method constitutes an independent test of the geometrical cosmological parameters of the Universe and we discuss the limits of this method and this particular application to Abell 2218.

Application of this method with more sophisticated tools and to a larger number of clusters or with more multiple images constraints, will put stringent constraints on the geometrical cosmological parameters.

Genauso wie viele Sterne zusammen mit der dunklen Materie einer Galaxie kollektiv den Linseneffekt dieser Galaxie hervorrufen, verhält es sich mit Galaxien in einem Galaxienhaufen: die Lichtablenkung eines Galaxienhaufens setzt sich durch die Linsenwirkung aller seiner Galaxien und seines großen Anteils an dunkler Materie zusammen.

Die Figur zeigt den Galaxienhaufen Abell 2218, wie er vom Weltraumteleskop Hubble beobachtet wurde. Diese Aufnahme wurde von J.-P. Kneib (Toulouse) gemacht.

Wie man durch spektroskopische Bestimmung der Rotverschiebungen (und damit Entfernungen) zeigen kann, sind die großen und hellen Galaxien Mitglieder des Galaxienhaufens bei der Rotverschiebung 0.175, und die meisten kleinen Galaxien befinden sich bei einer höheren Rotverschiebung (also größeren Entfernung), und ihr Licht ist durch den dazwischenliegenden Galaxienhaufen abgelenkt worden. Manche dieser Bilder von Hintergrundgalaxien verändern dadurch ihr Aussehen, werden verzerrt zu dünnen, länglichen und gekrümmten Objekten. Beispiele für solche Bögen (`Arcs') sind in der Figur mit den Zahlen 730, 359 und 144 gekennzeichnet. Sie kommen dadurch zustande, daß 2 oder 3 Mehrfachbilder einer Quelle so nahe beieinander liegen, daß sie miteinander verschmelzen.

Gleichzeitig werden diese Bögen dadurch viel heller als es die ungelinste Quelle wäre. Wie unscheinbar die gelinsten Galaxien in Abwesenheit des Linseneffektes erschienen, kann man am Vergleich von 384 und 468 sehen: diese Objekte sind Bilder derselben Galaxie. Das Objekt 384 ist eine Verschmelzung zweier Bilder, während das Objekt 468 ein kaum verzerrtes Bild derselben Quelle darstellt. Die Objekte H1 bis H6 sind ein sechsfaches Bild einer anderen Quelle.

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H. Heintzmann( Eintrag vom 20.9.2006)    —  Nr: — *