Galaxienhaufen bestehen aus bis zu mehreren tausend Galaxien. In den Galaxien selbst ist jedoch nur ein kleiner Teil der Masse eines Haufens gebunden. Weitaus mehr Masse befindet sich zwischen den Galaxien und bildet das Haufengas, ein sehr stark verdünntes und heißes Medium. Die Dunkle Materie führt dazu, dass Galaxien und das Haufengas durch die Gravitation gebunden sind und den Galaxienhaufen nicht verlassen können. Durch kontinuierlichen Einfall von Galaxien und Gruppen von Galaxien wachsen Galaxienhaufen kontinuierlich an.

Gelegentlich verschmelzen zwei gleich große Haufen zu einem neuen. Bei diesen Ereignissen entstehen im Haufengas spektakuläre Stoßwellen, die das Haufengas auf die hohen Temperaturen bringen. In der Folge befindet sich das Haufengas in einem turbulenten Zustand. Sowohl die Stoßwellen als auch die Turbulenz können Elektronen auf sehr hohe Energien beschleunigen. Durch Magnetfelder im Haufengas emittieren diese dann Strahlung im Bereich der Radiowellenlängen. Die TLS beteiligt sich an dem internationalen Radioteleskop LOFAR, auch um solche Ereignisse aufzuspüren und zu untersuchen.

Da sich das Licht mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet, ist ein Blick in die Tiefe des Raumes immer auch ein Rückblick in die Geschichte des Universums. Seit wenigen Jahrzehnten ist es möglich, so tief ins Universum zu schauen, dass man aus den Beobachtungen auf kosmologisch relevante Entwicklungseffekte schließen kann. Auf großen Skalen wird die kosmische Struktur durch Galaxien und Galaxienhaufen geprägt. Wie auch unser Milchstraßensystem bestehen Galaxien aus einem Ensemble von Milliarden von Sternen, interstellarem Gas und Staub sowie rätselhafter Dunkler Materie.

In der Frühphase des Kosmos existierten noch keine Galaxien. Wie und wann sie entstanden sind und wie sie sich entwickeln, gehört zu den interessantesten Fragen der Astronomie. In ihrer Entwicklung durchlaufen Galaxien Phasen außerordentlich starker Aktivität, die sich in einem Starburst, d.h. einer Phase heftiger Sternbildung, oder in einem aktiven Galaxienkern äußern. Letzterer entsteht, wenn Materie in das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie stürzt und dabei stark aufleuchtet. Die leuchtstärksten aktiven Galaxienkerne, die Quasare, gehören zu den hellsten Objekten im Universum. Die TLS ist an mehreren Quasarprojekten beteiligt, so an Suchmissionen in unterschiedlichen Spektralbereichen, deren Ziel es ist, die physikalischen Prozesse in Quasaren und ihre Bedeutung für die Galaxienentwicklung besser zu verstehen.

Eine Reihe kosmischer Erscheinungen besitzt einen ausgeprägt katastrophalen Charakter: einige Sterne können am Ende ihrer Entwicklung als Supernova explodieren und dabei für Wochen die Leuchtkraft eines ganzen Sternsystems erreichen, andere können als Nova hell am Himmel aufleuchten, weil thermonukleare Explosionen auf ihren Oberflächen stattfinden. Von besonderem Interesse sind jene gewaltigen Sternexplosionen, die sich vornehmlich in dem mit bloßem Auge nicht zugänglichen Wellenlängenbereich der hochenergetischen Gammastrahlen abspielen -- die erstmals in den 1960er Jahren mit Militär-Satelliten entdeckten Gammastrahlen-Bursts. Dies sind außerordentlich intensive kosmische Helligkeitsausbrüche im Gammastrahlenbereich, die nur Sekunden andauern. Erst Ende der 1990er Jahre gelang es nach rund 30 Jahren weltweiter intensiver Forschung, diese Bursts und ihre Folgeerscheinungen auch im Optischen nachzuweisen. Vermutlich handelt es sich dabei um solche Sternexplosionen in fernen Galaxien, bei denen stellare Schwarze Löcher als Endprodukt verbleiben -- Objekte, die noch vor wenigen Jahrzehnten als eine rein exotische Idee der theoretischen Physik galten.

Das wissenschaftliche Interesse an der Natur der kosmischen Gammastrahlen-Bursts wäre wohl nicht so ausgeprägt, wenn die damit verbundenen Leuchtkräfte nicht so herausragend wären. Seit dem Jahre 1999 weiß man: diese Bursts repräsentieren die hellsten Leuchtkerzen im ganzen Universum. Ihre Leuchtkräfte können für einen kurzen Zeitraum die Leuchtkraft ganzer Galaxien um Größenordnungen übertreffen und uns dergestalt den Weg bis zu den Frühphasen des Universums nach dem Urknall weisen. Erstaunlicherweise können die hellsten Bursts sogar zu nachweisbaren Störungen in der Ionosphäre der Erde führen -- und dies obgleich die Strahlungsquellen viele Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Die Thüringer Landessternwarte ist seit Jahren sehr erfolgreich in die weltweite Erforschung der Natur dieser Quellen eingebunden, mit einer Vielzahl wissenschaftlicher Publikationen und einer Reihe von abgeschlossenen Diplom- und Doktorarbeiten, in welche diese Ergebnisse einflossen.