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Astronomie+Physik

Eine Galaxie ohne Dunkle Materie

NGC1052-DF2
Diffuser Nebel: die ungewöhnliche Galaxie NGC1052-DF2 (Foto: P. van Dokkum; R. Abraham; STScI, Space Telescope Science Institute)

Die Milchstraße hat sie, die Andromeda-Galaxie und auch jede andere bisher bekannte Galaxie: Dunkle Materie macht einen Großteil der Masse in allen bekannten Sternenansammlungen aus. Doch jetzt haben Astronomen erstmals eine Galaxie entdeckt, die so gut wie keine Dunkle Materie enthält. Wie das zu erklären ist und wie diese 65 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie überhaupt entstehen konnte, darüber rätseln nun die Astronomen.

Schon bei ihrer Entdeckung im Jahr 2015 sorgte die Galaxie NGC1052-DF2 für Erstaunen unter Astronomen. Denn obwohl sie von ihrer Größe her etwa der Milchstraße entspricht, weicht sie in Aussehen und Struktur deutlich von den üblichen spiralförmigen oder elliptischen Galaxien ab: Sie scheint weder ein galaktisches Zentrum mit besonders hoher Sternendichte, noch eine klar abgegrenzte Scheibe oder Arme zu besitzen. Auch ein zentrales Schwarzes Loch konnten die Forscher nicht ausmachen. Die einzigen auffallenden Merkmale waren zehn helle Lichtpunkte, die sich als Kugelsternhaufen erwiesen. „Das Ding ist erstaunlich – es ist ein gigantischer Blob, durch den man einfach hindurchschauen kann“, berichtet Pieter van Dokkum von der Yale University. „Es ist, als hätte man nur den Halo und die Kugelsternhaufen genommen und den Rest der Galaxie vergessen.“

Die Forscher stuften ihren Fund als ultra-diffuse Galaxie ein – einen Galaxientyp, der erst seit 2015 bekannt ist. Entdeckt hatten van Dokkum und sein Team das Gebilde mithilfe des von ihnen konstruierten Dragonfly Telescope Array, einem aus 48 Einzellinsen zusammengesetzten Teleskops in New Mexico. Seither haben sie die seltsame Galaxie mit den Teleskopen der Gemini und Gemini and W. M. Keck Observatorien auf Hawaii und mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA näher in Augenschein genommen. Mithilfe sensibler Spektrometer gelang es ihnen, die Bewegung und Geschwindigkeit der Kugelsternhaufen in NGC1052-DF2 zu vermessen.

„Kein Platz für Dunkle Materie“

Dabei zeigte sich: Die Kugelsternhaufen kreisten viel langsamer als erwartet um das Zentrum der Galaxie. Als die Astronomen auf Basis dieser Daten die Masse von NGC1052-DF2 berechneten, erlebten sie ihre nächste Überraschung: Sichtbare Materie wie Sterne, Kugelsternhaufen, Gase und Staub machen fast die komplette Masse der Galaxie von rund 300 Millionen Sonnenmassen aus. Dunkle Materie dagegen kann höchstens einen Anteil von einen Vierhundertstel haben – wenn überhaupt. „Es scheint in dieser Galaxie keinen Platz für Dunkle Materie zu geben“, sagt van Dokkum. „Das ist unerwartet, denn diese unsichtbare, mysteriöse Substanz ist normalerweise der dominanteste Aspekt jeder Galaxie.“ NGC1052-DF2 ist die erste bekannte Galaxie, die kaum Dunkle Materie umfasst.

Gängiger Theorie nach ist es vor allem die Schwerkraftwirkung der Dunklen Materie, die Galaxien zusammenhält und ihre Rotation prägt. Und für die Entstehung solcher Sternenansammlungen spielt sie die entscheidende Rolle: „Jahrzehntelang dachten wir, dass Galaxien ihre Leben als Klumpen Dunkler Materie beginnen“, erklärt van Dokkum. „Erst danach passiert der ganze Rest: Gas fällt in den Halo aus Dunkler Materie, das Gas wird zu Sternen, sie werden langsam mehr und dann hat man schließlich eine Galaxie wie die Milchstraße.“ Doch die Galaxie NGC1052-DF2 passt nicht ins Bild. „Es gibt keine Theorie, die diese Art von Galaxien erklären kann“, sagt van Dokkum. „NGC1052-DF2 widerspricht allen Standardvorstellungen davon, wie sich Galaxien bilden.“

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Rätsel der Entstehung

Noch können die Astronomen nur darüber spekulieren, wie diese rätselhafte Galaxie zustande gekommen ist und warum ihr die Dunkle Materie fehlt. Eine mögliche Erklärung könnte die Umgebung von NGC1052-DF2 liefern: Sie liegt in einer Galaxiengruppe, die von einer sehr großen elliptischen Galaxie dominiert wird. Möglicherweise wurde NGC1052-DF2 gebildet, als Nachbargalaxien verschmolzen und die Turbulenzen große Gasströme erzeugten, aus denen dann die Galaxie entstand. Eine andere Möglichkeit wäre, dass eine kosmische Katastrophe innerhalb der jungen Galaxie selbst einen Großteil der Sterne und Dunklen Materie ausschleuderte. Doch diese Szenarien sind bisher nicht viel mehr als nur Rätselraten, wie die Forscher einräumen. „Diese Galaxie ist ein völliges Rätsel – nahezu alles an ihr ist seltsam“, sagt van Dokkum.

Um mehr über diesen Exoten in Erfahrung zu bringen, wollen die Astronomen nun auch andere diffuse Galaxien näher in Augenschein nehmen. Sie hoffen, unter diesen spärlich bevölkerten Sternenansammlungen einige zu finden, die ähnlich seltsam und arm an Dunkler Materie sind wie NGC1052-DF2. Drei potenzielle Kandidaten dafür haben van Dokkum und seine Kollegen in Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble bereits ausgemacht. Sie wollen diese nun in den kommenden Monaten mit den Teleskopen des Keck Observatory näher untersuchen.

Quelle: Pieter van Dokkum (Yale University, New Haven) et al., Nature, doi: 10.1038/nature25676

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