Hubble-Weltraumteleskop erklärt die verschwundene dunkle Materie der Oddball-Galaxie.

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Im Jahr 2018 entdeckte ein internationales Forscherteam mit dem NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble und mehreren anderen Observatorien zum ersten Mal eine Galaxie in unserer kosmischen Nachbarschaft, der der größte Teil ihrer dunklen Materie fehlt. Diese Entdeckung der Galaxie NGC 1052-DF2 war für die Astronomen eine Überraschung, denn man verstand, dass dunkle Materie ein Schlüsselbestandteil in den aktuellen Modellen der Galaxienentstehung und -entwicklung ist. Ohne das Vorhandensein von Dunkler Materie würde dem Urgas in der Tat genug Gravitationskraft fehlen, um zu kollabieren und neue Galaxien zu bilden. Ein Jahr später wurde eine weitere Galaxie entdeckt, in der dunkle Materie fehlt, NGC 1052-DF4, was unter den Astronomen zu heftigen Debatten über die Natur dieser Objekte führte.

Nun wurden neue Hubble-Daten verwendet, um den Grund für die fehlende dunkle Materie in NGC 1052-DF4, die 45 Millionen Lichtjahre entfernt liegt, zu erklären. Mireia Montes von der Universität von New South Wales in Australien leitete ein internationales Team von Astronomen, um die Galaxie mit Hilfe der tiefenoptischen Bildgebung zu untersuchen. Sie entdeckten, dass die fehlende dunkle Materie durch die Auswirkungen der Gezeitenzerrüttung erklärt werden kann. Die Gravitationskräfte der benachbarten massereichen Galaxie NGC 1035 reißen NGC 1052-DF4 auseinander. Während dieses Prozesses wird die dunkle Materie entfernt, während die Sterne die Auswirkungen der Wechselwirkung mit einer anderen Galaxie zu einem späteren Zeitpunkt spüren.

Bis jetzt blieb die Entfernung der dunklen Materie auf diese Weise den Astronomen verborgen, da sie nur mit extrem tiefen Bildern beobachtet werden kann, die extrem schwache Merkmale zeigen. “Wir nutzten Hubble auf zwei Arten, um zu entdecken, dass NGC 1052-DF4 eine Wechselwirkung erfährt”, erklärte Montes. “Dazu gehört die Untersuchung des Lichts der Galaxie und der Verteilung der Kugelsternhaufen in der Galaxie.

Dank der hohen Auflösung von Hubble konnten die Astronomen die Kugelsternhaufenpopulation der Galaxie identifizieren. Das 10,4-Meter-Teleskop Gran Telescopio Canarias (GTC) und das IAC80-Teleskop auf den Kanarischen Inseln in Spanien wurden ebenfalls eingesetzt, um die Beobachtungen von Hubble durch eine weitere Untersuchung der Daten zu ergänzen.

“Es reicht nicht aus, nur viel Zeit mit der Beobachtung des Objekts zu verbringen, sondern ein sorgfältiger Umgang mit den Daten ist entscheidend”, erklärte Teammitglied Raúl Infante-Sainz vom Instituto de Astrofísica de Canarias in Spanien. “Deshalb war es wichtig, dass wir für diese Forschung nicht nur ein Teleskop/Instrument, sondern mehrere (sowohl boden- als auch weltraumgestützte) verwenden. Mit der hohen Auflösung von Hubble können wir die Kugelsternhaufen identifizieren, und mit der GTC-Photometrie erhalten wir dann die physikalischen Eigenschaften.

Man geht davon aus, dass Kugelsternhaufen in den Episoden intensiver Sternentstehung entstehen, die Galaxien geformt haben. Aufgrund ihrer kompakten Größe und Leuchtkraft sind sie leicht zu beobachten, und sie sind daher gute Indikatoren für die Eigenschaften ihrer Wirtsgalaxie. Auf diese Weise können Astronomen durch die Untersuchung und Charakterisierung der räumlichen Verteilung der Haufen in NGC 1052-DF4 einen Einblick in den gegenwärtigen Zustand der Galaxie selbst gewinnen. Die Ausrichtung dieser Haufen lässt vermuten, dass sie von ihrer Wirtsgalaxie “gestrippt” werden, was die Schlussfolgerung unterstützt, dass es zu einer Störung der Gezeiten kommt.

Bei der Untersuchung des Lichts der Galaxie fanden die Astronomen auch Hinweise auf Gezeitenschweife, die aus Material gebildet werden, das sich von NGC 1052-DF4 wegbewegt. Dies untermauert die Schlussfolgerung, dass es sich um ein Störungsereignis handelt. Weitere Analysen ergaben, dass die zentralen Teile der Galaxie unberührt bleiben und nur etwa 7% der Sternmasse der Galaxie in diesen Gezeitenschwänzen untergebracht sind. Das bedeutet, dass dunkle Materie, die weniger konzentriert ist als Sterne, zuvor und bevorzugt von der Galaxie abgestreift wurde, und nun beginnt auch die äußere stellare Komponente abgestreift zu werden.

“Dieses Ergebnis ist ein guter Indikator dafür, dass die dunkle Materie der Galaxie zwar aus dem System verdampft wurde, die Sterne aber erst jetzt beginnen, unter dem Störungsmechanismus zu leiden”, erklärte Teammitglied Ignacio Trujillo vom Instituto de Astrofísica de Canarias in Spanien. “Mit der Zeit wird NGC 1052-DF4 von dem großen System um NGC 1035 kannibalisiert werden, wobei zumindest einige ihrer Sterne frei im tiefen Weltraum schweben werden.

Die Entdeckung von Beweisen, die den Mechanismus der Gezeitenzerrüttung als Erklärung für die fehlende dunkle Materie der Galaxie belegen, hat nicht nur ein astronomisches Rätsel gelöst, sondern auch einen Seufzer der Erleichterung unter den Astronomen ausgelöst. Ohne sie stünden die Wissenschaftler vor der Notwendigkeit, unser Verständnis der Gesetze der Schwerkraft zu revidieren.

“Diese Entdeckung bringt das bestehende Wissen darüber, wie Galaxien entstehen und sich entwickeln, mit dem günstigsten kosmologischen Modell in Einklang”, fügte Montes hinzu.

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