Galaxy clusters are the largest gravitationally-bound structures in the universe. Como tal, eles são poderosos traçadores das estruturas da matéria nas maiores escalas, permitindo-nos medir as propriedades do próprio Universo. Além disso, eles são laboratórios cosmológicos fascinantes para entender a interação de galáxias, gravidade, plasmas, núcleos galácticos ativos, buracos negros supermassivos e formação de estrelas.
Imagem óptica do aglomerado MACS1206, com contornos de raios X (N. Clerc, J. Ridl). Os dados ópticos foram obtidos usando o instrumento WFI no telescópio MPI/ESO 2.2m, enquanto os dados de raios X vieram do XMM-Newton. 
Aglomerados de galáxias são dominados por matéria escura, que constitui cerca de 85 por cento da massa total. A matéria escura só pode ser detectada pelo seu efeito gravitacional sobre outras matérias e a luz que passa perto delas. A maior parte da matéria emissora de luz normal tem a forma de um plasma quente (um gás tão quente que os elétrons e núcleos não ficam ligados entre si), o meio intracluster (MCI). Os aglomerados contêm de 10 a 1000s de galáxias, que constituem apenas cerca de 2 por cento da sua massa total. Aglomerados de galáxias cobrem uma faixa de massa, com a extremidade de massa mais baixa sendo conhecida como grupos de galáxias.
O MI é quente devido ao poço de potencial maciço dos aglomerados de galáxias. A energia potencial gravitacional do material que cai dentro do aglomerado leva ao aquecimento por choque do gás a 10s de milhões de °C. Devido ao tamanho dos aglomerados, este material é muito tênue, com apenas aproximadamente entre 10 e 10000 partículas em cada metro cúbico de aglomerado. A densidade aumenta para o centro do aglomerado. A ICM emite raios X fortemente devido à sua alta temperatura através do processo de emissão Bremsstrahlung, que emite com um brilho proporcional à densidade da ICM ao quadrado.
No grupo High Energy (HE) estudamos principalmente os clusters pela sua emissão de raios X, que é um dos métodos mais robustos de encontrar clusters e examinar as suas propriedades. Informações de outras bandas de ondas também fornecem poderosos métodos independentes para encontrar clusters e verificar suas propriedades. Isto inclui o estudo do número de galáxias e sua velocidade, pois em aglomerados mais maciços há mais galáxias e estas galáxias se movem mais rapidamente devido ao campo gravitacional. Aglomerados também afetam a luz do fundo de microondas cósmicas viajando através do aglomerado através de um processo chamado efeito Sunyaev-Zel’dovich (SZ), onde a freqüência da luz é modificada conforme ela passa através do aglomerado. Outro método é examinar o efeito que um aglomerado tem sobre a luz das galáxias atrás do aglomerado. A grande massa da aglomeração da galáxia curva a luz passando através da aglomeração através de um processo chamado “lente gravitacional”. Dependendo de quão perto a luz viaja da massa, isto pode ser um efeito forte, dando arcos característicos de luz, ou um fraco, onde as formas de muitas galáxias são ligeiramente distorcidas.
Cosmologia usando aglomerados de galáxias
As propriedades básicas do Universo afetam como os aglomerados se formam e crescem ao longo de suas vidas. Estas propriedades incluem a velocidade de expansão do universo (H0), a fração do universo que é normal, ao invés de escura, matéria (Ωm), a força de uma misteriosa força repelente conhecida como energia escura (ΩΛ) e a força do crescimento das flutuações (σ8). Portanto podemos medir as propriedades do universo (fazer cosmologia) estudando clusters.
Número de clusters em função do redshift e da massa prevista para ser detectada por eROSITA (Merloni et al.) 
A principal maneira de fazer isto é contar quantos clusters existem de uma determinada massa em função da distância de nós. À medida que olhamos mais longe com telescópios, estamos também a olhar para o passado do universo, pois a luz leva tempo a chegar até nós. Assim, ao contarmos os aglomerados com uma determinada gama de massa e ao olharmos para a forma como eles moldam a estrutura 3-d em grande escala, estudamos como os aglomerados crescem e evoluem ao longo da vida do universo.
O grupo HE no MPE está a assumir um papel de liderança na construção do instrumento eROSITA no satélite russo Spectrum-Roentgen-Gamma” (SRG), que deverá ser lançado em 2016. Ele irá fazer vários levantamentos do céu na banda de raios X, permitindo-nos descobrir entre 50 a 100 mil aglomerados de galáxias, além de muitos outros objetos astronômicos. Grandes levantamentos espectroscópicos e de imagem irão complementar as observações de raios X. Análises da luz óptica emitida pelas 100-1000 galáxias que elas hospedam irão complementar o levantamento, avaliando a distância dos objetos e a época em que eles são observados. Vamos usar esta grande amostra de aglomerados para produzir restrições apertadas nas propriedades cosmológicas do universo.
Astrofísica de aglomerados de galáxias
Filamentos de gás descascado no aglomerado Coma vistos em raios X (rosa) (Sanders et al. 2013). 
Muitos processos físicos são importantes em aglomerados de galáxias. Pensa-se que a física da matéria escura é bem compreendida, mesmo que a matéria escura não possa ser vista directamente. A física dos gases e plasmas em aglomerados é, no entanto, mal compreendida. Por exemplo, no centro dos aglomerados é frequentemente encontrado um buraco negro supermassivo ativo, ou núcleo galáctico ativo (AGN). Estes AGNs são considerados responsáveis por impedir o rápido resfriamento da MI no centro do aglomerado. O processo de acúmulo de matéria pelo buraco negro leva a jatos de material altamente energéticos a serem esguichados na ICM, inflando bolhas gigantes de material e aquecendo o gás circundante. Isto é chamado de feedback AGN, mas muitos dos processos que ocorrem ainda não são compreendidos. Além disso, acredita-se que a MCI seja turbulenta. Quanta turbulência existe e que efeito ela tem sobre o aglomerado é pouco conhecido. Outra física interessante a estudar é o enriquecimento da MCI com “metais” (elementos pesados, como oxigênio, ferro ou silício) produzidos por estrelas. O aglomerado atua como um reservatório dos metais produzidos pelas estrelas ao longo de sua vida útil.
Estudar astrofísica do aglomerado não é importante apenas para si mesmo. Os processos físicos que observamos nos aglomerados também afetam sua capacidade de serem usados como sondas da cosmologia. O feedback AGN, por exemplo, afeta a temperatura global da MCI e o brilho dos raios X do cluster, dois dos principais métodos para medir a massa do cluster. A física dos clusters também pode afetar nossa capacidade de encontrar clusters.