April 21, 2024

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Eine riesige Galaxie mit fast keiner dunklen Materie

Eine riesige Galaxie mit fast keiner dunklen Materie

Nach unseren vorherrschenden kosmologischen Modellen macht Dunkle Materie etwa 85 % der Masse im Universum aus. Während die laufenden Bemühungen, diesen mysteriösen, unsichtbaren Haufen zu untersuchen, keine direkten Beweise lieferten, konnten Astrophysiker seine Auswirkungen durch Beobachtungen messen. Halos aus dunkler Materieund Gravitationslinsen und der Einfluss der Allgemeinen Relativitätstheorie auf großräumige kosmische Strukturen. und mit Hilfe von Missionen der nächsten Generation wie der ESA Euklid Und die NASA Nancy Grace Roman Für Weltraumteleskope dürfte Dunkle Materie nicht mehr lange ein Rätsel sein!

Dann entsteht so etwas: eine riesige Galaxie, die kaum oder gar keine dunkle Materie zu haben scheint! Genau das hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Mitgliedern des Instituto Astrofisica de Canarias (IAC) bei der Beobachtung von NGC 1277 beobachtet. Diese 240 Millionen Lichtjahre entfernte Linsengalaxie im Sternbild Perseus ist um ein Vielfaches größer als die Milchstraße. Dies ist das erste Mal, dass eine massereiche Galaxie gefunden wurde, die keine Anzeichen dunkler Materie aufweist, was eine ernsthafte Herausforderung für unsere aktuellen kosmologischen Modelle darstellt.

Die Suche wurde eingeleitet Sebastian Comeronein extragalaktischer Astronom an der Universität La Laguna (ULL), ein IAC und Leiter Thick-Disk-Archiver (ArcThick) Zusammenarbeit. Zu ihm gesellten sich Forscher des Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), des Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, des Instituto Física de Partículas y del Cosmos (IPARCOS) und des Max-Planck-Instituts für Astronomie und mehrere Universitäten (MPA). Der Artikel, der ihre Ergebnisse beschreibt, erschien kürzlich in der Zeitschrift Astronomie und Astrophysik.

Bild des Hubble-Weltraumteleskops der Galaxiengruppe im Perseus-Cluster, zu der NGC 1277 gehört. Es ist die helle Galaxie links von der Bildmitte. Bildnachweis: ESA/Hubble

Nach dem Standardmodell der Kosmologie – auch bekannt als. Die Kalte Lambda-Dunkle Materie Modell (? CDM) – Dunkle Materie spielte eine wesentliche Rolle bei der Entstehung und Entwicklung des Universums (und spielt dies auch weiterhin). Theoretisch existierte diese unsichtbare Masse kurz nach dem Urknall und bildete Halos, die neutrales Wasserstoffgas in wirbelnde Scheiben anzogen. Dieses Gas wurde in immer dichtere Wolken eingezogen, was zur Entstehung der ersten Sterne und Galaxien führte. Heutzutage ist die DM ein Hauptbestandteil aller massereichen Galaxien und zeigt sich an ihren Rotationskurven, den von ihr erzeugten Linsen und ihren Wechselwirkungen mit umgebenden Sternen und dem galaktischen Medium (IGM).

Als das Team jedoch die Massenverteilung von NGC 1277 maß, bemerkten sie nur die Verteilung des Sterns. Daraus schließen sie, dass DM innerhalb des beobachteten Radius nicht mehr als 5 % der Masse der Galaxie ausmachen kann – obwohl ihre Beobachtungen darauf hindeuten, dass es möglicherweise überhaupt kein DM gibt. Wie Comeron kürzlich betonte IAC-Pressemitteilung:

„Dieses Ergebnis passt nicht zu derzeit akzeptierten kosmologischen Modellen, die dunkle Materie einschließen. Die Bedeutung der verbleibenden Galaxien für das Verständnis der Entstehung der ersten Galaxien ist der Grund, warum wir beschlossen haben, NGC 1277 mit einem integrierten Feldspektrometer zu beobachten. Aus den Spektren haben wir kinematische Karten erstellt, die es uns ermöglichten, die Massenverteilung innerhalb der Galaxie in einem Radius von etwa 20.000 Lichtjahren zu bestimmen.“

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In ihrer Arbeit beschreibt das Team NGC 1277 als Prototyp einer „Restgalaxie“, einer sehr seltenen Klasse, die nicht mit benachbarten Galaxien interagiert. Es wird angenommen, dass es sich bei diesen Galaxien um Überreste riesiger Galaxien handelt, die kurz nach dem Urknall entstanden sind. Das CDM-Modell sagt jedoch voraus, dass DM mindestens 10 % der massereichen Galaxien wie NGC 1277 ausmachen sollte, wobei dieser spezielle Typ maximal 70 % beträgt. Er sagte Co-Autorin Ana Ferré Mathieu, Forscherin am IAC und ULL. Für diese Diskrepanz gibt es zwei mögliche Erklärungen:

„Einer ist, dass die Gravitationswechselwirkung mit dem umgebenden Medium innerhalb des Galaxienhaufens, in dem sich diese Galaxie befindet, die dunkle Materie entfernt hat. Der andere ist, dass die dunkle Materie aus dem System ausgestoßen wurde, als die Galaxie durch die Verschmelzung protogalaktischer Fragmente entstand, wodurch die verbleibende Galaxie entstand.“

Diese Grafik zeigt, wie der Durchmesser des 17 Milliarden Sonnenmassen schweren Schwarzen Lochs im Herzen von NGC 1277 mit der Umlaufbahn von Neptun um die Sonne verglichen wird. Bildnachweis: D. Benningfield / K. Gebhardt / Geschichte der Sterne

Allerdings ist keine dieser Erklärungen für das Team völlig zufriedenstellend. In naher Zukunft plant das Team, das Rätsel durch Beobachtungen weiter zu untersuchen WHT Enhanced Zone Speed ​​​​Finder (WEAVE) befindet sich unter William-Herschel-Teleskop (WHT), befindet sich am Observatorium Roque de los Muchachos auf der Insel La Palma. Sollten die Geschwindigkeitsmessungen von WEAVE bestätigen, dass NGC 1277 kein DM hat, könnten sie alternative Theorien – wie die modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) – in Frage stellen. Er sagte Trujillo:

„Diese Diskrepanz zwischen den Beobachtungen und dem, was wir erwarten, ist ein Rätsel und möglicherweise eine Herausforderung für das Standardmodell. Obwohl dunkle Materie in einer bestimmten Galaxie verloren gehen kann, sollte das modifizierte Gesetz der Schwerkraft universell sein und es keine Ausnahmen geben dürfen, so dass eine Galaxie ohne dunkle Materie eine Widerlegung dieser Art von Ersatz für dunkle Materie wäre.“

Diese Beobachtungen könnten auch etwas Licht auf das supermassereiche Schwarze Loch (SMBH) der Galaxie werfen, das eine Masse von etwa 17 Milliarden Sonnenmassen hat, also 4.250 Mal so viel wie die Masse von Sagittarius A* (dem SMBH im Zentrum der Milchstraße)! Nach Ansicht einiger Astronomen könnten Schwarze Löcher die Quelle von DM sein, die durch den Zusammenbruch von DM-Halos im frühen Universum entstanden sind. Es gibt auch das Rätsel um Galaxien aus dunkler Materie, wie zum Beispiel den seltsamen Fall von FAST J0139+4328, die fast ausschließlich aus DM besteht.

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Missionen der nächsten Generation wie Euklid und das Nancy Grace Roman Auch Weltraumteleskope werden neue Erkenntnisse liefern, indem sie die Expansion des Universums seit dem Urknall untersuchen. Ziel dieser Beobachtungen ist es, die Wirkung dunkler Materie (und dunkler Energie) auf den größten kosmischen Skalen zu messen. Die Ergebnisse dieser und anderer Studien werden die Debatte beilegen, indem sie die Existenz einer mysteriösen unsichtbaren Masse enthüllen oder dass unser Verständnis der Schwerkraft (wie durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben) überarbeitet werden muss.

Weiterführende Literatur: IACUnd Astronomie und Astrophysik