Galaxien und Dunkle Materie passen zusammen wie Erdnussbutter und Gelee. Normalerweise findet man das eine nicht ohne das andere.
Deshalb waren die Forscher überrascht, als sie eine Galaxie entdeckten, der der Großteil, wenn nicht sogar die gesamte dunkle Materie fehlt. Dunkle Materie ist eine unsichtbare Substanz und das Grundgerüst, auf dem Galaxien aufgebaut sind. Es ist der Klebstoff, der die sichtbare Materie in Galaxien – Sterne und Gas – zusammenhält.
„Wir dachten, dass jede Galaxie dunkle Materie hat und dass dunkle Materie der Ursprung einer Galaxie ist“, sagte Pieter van Dokkum vonYale-Universitätin New Haven, Connecticut, leitender Forscher der Hubble-Beobachtungen. „Diese unsichtbare, mysteriöse Substanz ist der dominanteste Aspekt jeder Galaxie. Daher ist es unerwartet, eine Galaxie ohne sie zu finden. Es stellt die Standardvorstellungen darüber in Frage, wie Galaxien funktionieren, und es zeigt, dass dunkle Materie real ist: Sie hat ihre eigene getrennte Existenz, getrennt von anderen Bestandteilen von Galaxien. Dieses Ergebnis legt auch nahe, dass es möglicherweise mehr als einen Weg gibt, eine Galaxie zu bilden.“
NASA'SHubble-Weltraumteleskopmachte ein Bild einer bizarren, gespenstisch aussehenden Galaxie namens NGC 1052-DF2, die nach Berechnungen von Astronomen wenig bis gar keine dunkle Materie enthält. Dies ist die erste Galaxie, die Astronomen entdeckt haben und bei der es so an Dunkler Materie mangelt, von der angenommen wird, dass sie 85 % der Masse unseres Universums ausmacht. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio der NASA
Die einzigartige Galaxie mit dem Namen NGC 1052-DF2 enthält höchstens 1/400 der Menge dunkler Materie, die Astronomen erwartet hatten. Die Galaxie ist so groß wie unsereMilchstraße, aber es war der Aufmerksamkeit entgangen, weil es nur 1/200 der Anzahl der Sterne enthält. Aufgrund der Größe und der schwachen Erscheinung des Objekts klassifizieren Astronomen NGC 1052-DF2 als ultradiffuse Galaxie. Eine Untersuchung des Coma-Galaxienhaufens im Jahr 2015 ergab, dass diese großen, lichtschwachen Objekte überraschend häufig vorkommen.
Bei keiner der bisher entdeckten ultradiffusen Galaxien wurde jedoch festgestellt, dass es ihnen an Dunkler Materie mangelt. Selbst innerhalb dieser ungewöhnlichen Galaxienklasse ist NGC 1052-DF2 ein Sonderling.
Van Dokkum und sein Team entdeckten die Galaxie mit dem Dragonfly Telephoto Array, einem speziell in New Mexico gebauten Teleskop, das sie entwickelt hatten, um diese geisterhaften Galaxien zu finden. Sie nutzten dann die W.M. Keck-Observatorium auf Hawaii, um die Bewegungen von zehn riesigen Sterngruppen, sogenannten Kugelsternhaufen, in der Galaxie zu messen. Keck enthüllte, dass sich die Kugelsternhaufen mit relativ geringer Geschwindigkeit bewegten, weniger als 23.000 Meilen pro Stunde. Sterne und Sternhaufen am Rande von Galaxien, die dunkle Materie enthalten, bewegen sich mindestens dreimal schneller. Aus diesen Messungen berechnete das Team die Masse der Galaxie. „Wenn es überhaupt dunkle Materie gibt, dann ist es sehr wenig“, erklärte van Dokkum. „Die Sterne in der Galaxie können für die gesamte Masse verantwortlich sein, und es scheint keinen Platz für dunkle Materie zu geben.“
Als nächstes nutzten die Forscher das Hubble-Weltraumteleskop der NASA und das Gemini-Observatorium auf Hawaii, um weitere Details über die einzigartige Galaxie aufzudecken. Gemini enthüllte, dass die Galaxie keine Anzeichen einer Interaktion mit einer anderen Galaxie zeigt. Hubble half ihnen, die Kugelsternhaufen besser zu identifizieren und die genaue Entfernung zur Galaxie zu messen.
Die Hubble-Bilder enthüllten auch das ungewöhnliche Aussehen der Galaxie. „Ich habe eine Stunde damit verbracht, einfach auf das Hubble-Bild zu starren“, erinnert sich van Dokkum. „Es ist so selten, besonders heutzutage nach so vielen Jahren Hubble, dass man ein Bild von etwas bekommt und sagt: ‚Das habe ich noch nie gesehen.‘ Dieses Ding ist erstaunlich: ein riesiger Klumpen, durch den man schauen kann. Er ist so spärlich, dass man alle Galaxien dahinter sehen kann. Es ist buchstäblich eine durchsichtige Galaxie.“
Die geisterhafte Galaxie hat weder einen erkennbaren zentralen Bereich noch Spiralarme und eine Scheibe, typische Merkmale einer. Aber es sieht auch nicht wie eine elliptische Galaxie aus. Die Galaxie weist auch keine Hinweise darauf auf, dass sie einen Zentralstern beherbergtschwarzes Loch. Den Farben ihrer Kugelsternhaufen zufolge ist die Galaxie etwa 10 Milliarden Jahre alt. Sogar die Kugelsternhaufen sind seltsam: Sie sind doppelt so groß wie typische Sterngruppierungen, die man in anderen Galaxien sieht.
„Es ist, als ob man eine Galaxie nimmt und nur den Halo und die Kugelsternhaufen hat und irgendwie vergessen hat, alles andere zu machen“, sagte van Dokkum. „Es gibt keine Theorie, die diese Art von Galaxien vorhersagt. Die Galaxie ist ein völliges Mysterium, da alles an ihr seltsam ist. Wie man tatsächlich so etwas entstehen lässt, ist völlig unbekannt.“
Aber die Forscher haben einige Ideen. NGC 1052-DF2 befindet sich etwa 65 Millionen Lichtjahre entfernt in einer Ansammlung von Galaxien, die von der riesigen elliptischen Galaxie NGC 1052 dominiert wird. Die Galaxienentstehung verläuft turbulent und heftig, und van Dokkum vermutet, dass das Wachstum der jungen, massereichen Galaxie vor Milliarden von Jahren möglicherweise eine Rolle für den Mangel an Dunkler Materie in NGC 1052-DF2 gespielt hat.
Eine andere Idee ist, dass das Gas, das sich auf den riesigen elliptischen NGC 1052 zubewegt, fragmentiert und NGC 1052-DF2 gebildet haben könnte. Die Entstehung von NGC 1052-DF2 könnte durch starke Winde begünstigt worden sein, die von dem jungen Schwarzen Loch ausgingen, das im Zentrum von NGC 1052 wuchs. Diese Möglichkeiten seien jedoch spekulativ und erklärten nicht alle Eigenschaften der beobachteten Galaxie, sagten die Forscher.
Das Team ist bereits auf der Suche nach weiteren Galaxien, denen es an Dunkler Materie mangelt. Sie analysieren Hubble-Bilder von 23 weiteren diffusen Galaxien. Drei davon scheinen NGC 1052-DF2 ähnlich zu sein.
„Jede Galaxie, die wir bisher kannten, hat dunkle Materie und sie alle fallen in bekannte Kategorien wie Spiral- oder elliptische Galaxien“, sagte van Dokkum. „Aber was würde man bekommen, wenn es überhaupt keine dunkle Materie gäbe? Vielleicht ist es das, was man bekommen würde.“
Die Ergebnisse des Teams werden in der Ausgabe der Zeitschrift Nature vom 29. März 2018 veröffentlicht.
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen NASA und ESA (Europäische Weltraumorganisation). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet das Teleskop. DerWissenschaftliches Institut für Weltraumteleskope(STScI) in Baltimore führt Hubble-Wissenschaftsoperationen durch. STScI wird für die NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. in Washington, D.C. betrieben.
Bilder und weitere Informationen zur Galaxie NGC 1052-DF2 und Hubble finden Sie unter:
Hubble-Portal der NASA:www.nasa.gov/hubble
HubbleSite-Link:https://hubblesite.org/news_release/news/2018-16
Referenz: „Es ist eine Galaxie, der Materie fehlt“ Zhang, 29. März 2018,Natur.
DOI: 10.1038/nature25767
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