Clusterele de galaxii sunt cele mai mari structuri legate gravitațional din univers. Ca atare, ele sunt urmăritori puternici ai structurilor materiei la cele mai mari scări, permițându-ne să măsurăm proprietățile universului însuși. În plus, ele sunt laboratoare cosmologice fascinante pentru înțelegerea interacțiunii dintre galaxii, gravitație, plasme, nuclee galactice active, găuri negre supermasive și formarea stelelor.
Imagine optică a clusterului MACS1206, cu contururi de raze X (N. Clerc, J. Ridl). Datele optice au fost obținute cu ajutorul instrumentului WFI de pe telescopul MPI/ESO de 2,2 m, în timp ce datele cu raze X provin de la XMM-Newton. 
Aglomeratele de galaxii sunt dominate de materia întunecată, care reprezintă aproximativ 85% din masa totală. Materia întunecată poate fi detectată doar prin efectul gravitațional pe care îl are asupra altei materii și a luminii care trece pe lângă ea. Cea mai mare parte a materiei normale care emite lumină se află sub forma unei plasme fierbinți (un gaz atât de fierbinte încât electronii și nucleele nu rămân legate între ele), mediul intracluster (ICM). Clusterele conțin între 10 și 1000 de galaxii, care reprezintă doar aproximativ 2% din masa lor totală. Clusterele de galaxii acoperă o gamă de mase, capătul cu masa cea mai mică fiind cunoscut sub numele de grupuri de galaxii.
MIC este fierbinte din cauza puțului potențial masiv al clusterelor de galaxii. Energia potențială gravitațională a materialului care cade în cluster duce la încălzirea prin șoc a gazului până la zeci de milioane de °C. Din cauza dimensiunii clusterelor, acest material este foarte subțire, cu doar aproximativ între 10 și 10.000 de particule în fiecare metru cub de cluster. Densitatea crește spre centrul clusterului. ICM emite raze X puternic datorită temperaturii sale ridicate prin intermediul procesului de emisie Bremsstrahlung, care emite cu o luminozitate proporțională cu densitatea ICM la pătrat.
În cadrul Grupului de energii înalte (HE) studiem în principal clusterele prin emisia lor de raze X, care este una dintre cele mai solide metode de a găsi clustere și de a le examina proprietățile. Informațiile din alte benzi de undă oferă, de asemenea, metode independente puternice pentru a găsi roiuri și a verifica proprietățile acestora. Aceasta include studierea numărului de galaxii și a vitezei acestora, deoarece în clusterele mai masive există mai multe galaxii, iar aceste galaxii se mișcă mai repede din cauza câmpului gravitațional. De asemenea, roiurile afectează lumina din fondul cosmic de microunde care călătorește prin roi prin intermediul unui proces numit efectul Sunyaev-Zel’dovich (SZ), în care frecvența luminii este modificată pe măsură ce trece prin roi. O altă metodă constă în examinarea efectului pe care îl are un roi asupra luminii provenite de la galaxiile din spatele roiului. Masa mare a roiului de galaxii curbează lumina care trece prin roi printr-un proces numit „lentilă gravitațională”. În funcție de cât de aproape călătorește lumina de masă, acesta poate fi un efect puternic, dând arcuri de lumină caracteristice, sau unul slab, în care formele multor galaxii sunt ușor distorsionate.
Cosmologia folosind roiurile de galaxii
Proprietățile de bază ale universului afectează modul în care roiurile se formează și cresc pe parcursul vieții lor. Aceste proprietăți includ viteza de expansiune a universului (H0), fracțiunea din univers care este materie normală, mai degrabă decât materie întunecată (Ωm), puterea unei forțe de respingere misterioase cunoscută sub numele de energie întunecată (ΩΛ) și puterea de creștere a fluctuațiilor (σ8). Prin urmare, putem măsura proprietățile universului (facem cosmologie) prin studierea clusterelor.
Numărul de clustere în funcție de deplasarea spre roșu și de masă care se preconizează că vor fi detectate de eROSITA (Merloni et al.) 
Primul mod în care se poate face acest lucru este de a număra câte roiuri există cu o anumită masă în funcție de distanța față de noi. Pe măsură ce privim mai departe cu telescoapele, privim și în trecutul universului, deoarece lumina are nevoie de timp pentru a ajunge la noi. Prin urmare, prin numărarea clusterelor cu anumite intervale de masă și prin observarea modului în care acestea modelează structura tridimensională la scară largă, studiem modul în care cresc și evoluează clusterele de-a lungul vieții universului.
Grupul HE de la MPE își asumă un rol principal în construcția instrumentului eROSITA pe satelitul rusesc Spectrum-Roentgen-Gamma” (SRG), care urmează să fie lansat în 2016. Acesta va efectua mai multe studii ale cerului în banda de raze X, permițându-ne să descoperim între 50 și 100 de mii de roiuri de galaxii, pe lângă multe alte obiecte astronomice. Sondaje spectroscopice și imagistice de mari dimensiuni vor completa observațiile cu raze X. Analizele luminii optice emise de cele 100-1000 de galaxii pe care le găzduiesc vor completa sondajul prin evaluarea distanței obiectelor și a epocii la care acestea sunt observate. Vom folosi acest eșantion mare de roiuri pentru a produce constrângeri strânse asupra proprietăților cosmologice ale universului.
Astrofizica roiurilor de galaxii
Filamente de gaz dezgolit în roiurile Coma observate în raze X (roz) (Sanders et al. 2013). 
Multe procese fizice sunt importante în roiurile de galaxii. Se crede că fizica materiei întunecate este bine înțeleasă, chiar dacă materia întunecată nu poate fi văzută direct. Cu toate acestea, fizica gazului și a plasmei din clustere este slab înțeleasă. De exemplu, în centrul roiurilor se găsește adesea o gaură neagră supermasivă activă sau un nucleu galactic activ (AGN). Se crede că aceste AGN-uri sunt responsabile pentru prevenirea răcirii rapide a ICM în centrul clusterului. Procesul de absorbție a materiei de către gaura neagră duce la jeturi de materie extrem de energice care sunt aruncate în ICM, umflând bule uriașe de materie și încălzind gazul din jur. Acest fenomen se numește feedback AGN, dar multe dintre procesele care au loc nu sunt încă cunoscute. În plus, se crede că ICM este turbulentă. Cât de multă turbulență există și ce efect are aceasta asupra clusterului este doar foarte puțin cunoscut. O altă fizică interesantă de studiat este îmbogățirea ICM cu „metale” (elemente grele, precum oxigenul, fierul sau siliciul) produse de stele. Amestecul acționează ca un rezervor al metalelor produse de stele de-a lungul vieții sale.
Studiul astrofizicii amstelilor nu este important doar pentru sine. Procesele fizice pe care le observăm în clustere afectează, de asemenea, capacitatea lor de a fi utilizate ca sonde ale cosmologiei. Feedback-ul AGN, de exemplu, afectează temperatura generală a ICM și luminozitatea cu raze X a clusterului, două dintre principalele metode de măsurare a masei clusterului. De asemenea, fizica clusterelor poate afecta capacitatea noastră de a găsi clusterele.
.