Das dunkle Geheimnis der Galaxien ist vielleicht doch nicht so dunkel

Seit der Entdeckung der Dunklen Materie haben die meisten Astronomen zu dem Schluss gelangt, dass jede Galaxie einen Teil ihrer Masse in Form dieses Rätselhaften enthielt - etwas. Nun zeigen zwei Studien, dass einige Galaxien überhaupt keine dunkle Materie enthalten.

NGC 1052-DF2 wurde 2015 gefunden und ist die erste Galaxie, die bisher kaum oder gar keine dunkle Materie enthielt. Diese ultra-diffuse Galaxie, die sich nur locker an ihren Mitgliedssternen festhält, wurde von einem Team entdeckt, zu dem auch der Student der Yale University Shany Danieli gehört.

„Die Tatsache, dass wir etwas völlig Neues sehen, ist das Faszinierende. Niemand wusste, dass es solche Galaxien gab, und das Beste für einen Astronomiestudenten auf der Welt ist es, ein Objekt zu entdecken, sei es ein Planet, ein Stern oder eine Galaxie, von dem niemand wusste oder darüber nachdachte, “sagte Pieter van Dokkum von der Yale University.

Die ultra-diffuse Galaxie NGC 1052-DF2. Bildnachweis: NASA, ESA und P. van Dokkum (Yale University)

Die Geheimnisse der dunklen Materie sind immens. Was auch immer es ist, dieses Etwas ist unsichtbar, gibt keine Strahlung ab und scheint nur durch die Schwerkraft mit normaler Materie zu interagieren. Dennoch hält es Galaxien zusammen und „überwiegt“ die normale Materie im gesamten sichtbaren Universum.

Versteckspiel mit dunkler Materie spielen

Beweise für dunkle Materie zwischen Galaxien wurden 1933 vom Astronomen Fritz Zwicky entdeckt, als er Galaxien im Coma-Cluster untersuchte. Wenn die Struktur nur die Masse enthielt, die er sehen konnte, dachte Zwicky, würde der Cluster auseinander fliegen. Es musste etwas anderes geben, das den Cluster zusammenhielt, während er von Teleskopen nicht gesehen wurde. Es stellte sich jedoch heraus, dass dunkle Materie nicht nur im Raum zwischen Galaxien gefunden wurde.

Vera Rubin mit dem bahnbrechenden Astronauten John Glenn. Bildnachweis: Jeremy Keith (CC)

In den späten 70er Jahren untersuchten Vera Rubin und Kent Ford die Rotationsraten der Andromeda-Galaxie. Was sie fanden, war ein Schock. Die Gravitationsgesetze besagen, dass sich die Geschwindigkeit von Objekten um die Galaxie dreht, wenn sich Galaxien drehen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die von der Masse innerhalb der Sternfamilie abhängt. Rubin und Ford sahen jedoch, dass sich Objekte am Rand der Galaxien mit der gleichen Geschwindigkeit drehten wie Material näher am Zentrum. Rubin erinnerte sich daran, wie er vor vier Jahrzehnten über Zwickys Arbeit gelesen hatte, und erkannte, dass dunkle Materie sich in Galaxien ausbreitet, was die ungewöhnlichen Rotationsraten erklären würde.

Heute misst die Menge der dunklen Materie im sichtbaren Universum 84 Prozent des „Zeuges“ da draußen, weit mehr als alle Sterne und Galaxien, die wir um uns herum sehen, wenn wir in den Himmel schauen.

Wo ist die ganze dunkle Materie verschwunden?

Als die Astronomen DF2 durchsuchten, fanden sie jedoch Galaxien in den Clustern, die sich mit den erwarteten Geschwindigkeiten bewegten, wenn nur gewöhnliche Materie im System vorhanden wäre.

„Wir haben jahrzehntelang geglaubt, dass Galaxien ihr Leben als Flecken dunkler Materie beginnen. Danach passiert alles andere: Gas fällt in die Halos der dunklen Materie, das Gas wird zu Sternen, sie bauen sich langsam auf, dann landen Sie mit Galaxien wie der Milchstraße. NGC1052-DF2 hinterfragt die Standardvorstellungen, wie wir Galaxien denken, “sagte van Dokkum im Jahr 2018 nach der Entdeckung des ersten solchen Körpers.

Einen einzelnen Körper zu finden, der sich in der Wissenschaft der Norm widersetzt, ist per Definition höchst ungewöhnlich. Meistens ist die Entdeckung ein Irrtum, aber wenn dies nicht der Fall ist, kann die Entdeckung revolutionär sein.

„Wenn es einen Gegenstand gibt, haben Sie immer eine kleine Stimme in Ihrem Hinterkopf und sagen:„ Aber was ist, wenn Sie sich irren? “Obwohl wir alle Überprüfungen durchgeführt hatten, die wir uns vorstellen konnten, hatten wir Angst, dass uns die Natur geworfen hätte für eine Schleife und hatte sich verschworen, um etwas wirklich besonderes aussehen zu lassen, während es wirklich etwas banal war “, erklärt van Dokkum.

Zwei sind besser als einer

Bilder von DF 2 und DF4 aus der Sicht des Dragonfly Telephoto Arrays. Bildnachweis: P. Van Dokkum (Yale University) / STScI / ACS

Mit dem Keck-Observatorium fanden die Forscher in ihrer Studie von NGC 1052-DF4, einer zweiten diffusen Galaxie, wonach sie suchten, was sie suchten, keine Anzeichen dafür, dass sie durch dunkle Materie beeinflusst wurden.

Ultra diffuse Galaxien sind eine neu entdeckte Klasse von Galaxien, die weniger als ein Prozent so viele Sterne wie die Milchstraße haben und über denselben Raum wie unsere Heimatgalaxie verteilt sind.

Die Entdeckung von Galaxien ohne eine bedeutende Menge dunkler Materie verstärkt ironisch die von Zwicky, Rubin und Ford entwickelte Theorie. Dieser Befund zeigt, dass normale und dunkle Materie nebeneinander als auch nebeneinander existieren können. Dies wäre mit alternativen Theorien, die Unterschiede in den Schwerkraftkräften in verschiedenen Teilen des Universums postulieren, schwer zu erklären.

„Wir möchten mehr Beweise finden, um zu verstehen, wie die Eigenschaften dieser Galaxien mit unseren aktuellen Theorien funktionieren. Wir hoffen, dass wir damit einen Schritt weiter gehen, um eines der größten Mysterien unseres Universums zu verstehen - die Natur der dunklen Materie “, erklärte Danieli.