Ein Mosaik der 378 in der Durchmusterung gesichteten Satellitengalaxien (Bildnachweis: Yao-Yuan Mao (University of Utah)/DESI Legacy Surveys Sky Viewer)
Das System kleiner, umlaufender Satellitengalaxien in der Milchstraße ist recht ungewöhnlich, wie eine neue 12-jährige Studie anderer Galaxien im lokalen Universum ergeben hat.
Die SAGA-Durchmusterung (Satellites Around Galactic Analogs) wird von einer kleinen Gruppe von Astronomen durchgeführt, um herauszufinden, wie die Milchstraße und ihr kleines Gefolge von Zwergsatellitengalaxien im Vergleich zu anderen Galaxiensystemen aussehen.
„Die Satellitenpopulation der Milchstraße ist eine einzigartige Kombination aus kleinen Satelliten, die nur ältere Sterne enthalten, und ihren beiden größten Satelliten, die aktiv neue Sterne bilden“, sagt Marla Geha, Professorin für Astronomie und Physik an der Yale University und Mitbegründerin von SAGA, in einer Erklärung.
Eine Galaxie vom Typ Milchstraße, mit ihren Satellitengalaxien hervorgehoben. (Bildnachweis: Yasmeen Asali (Yale)/DESI Legacy Surveys Sky Viewer)
Diese beiden größten Satelliten sind die Große und die Kleine Magellansche Wolke, kurz LMC und SMC genannt. Diese beiden Satelliten sind mit Abstand die größten in der Familie der Milchstraße und sind von der südlichen Hemisphäre aus mit bloßem Auge gut sichtbar. Die meisten der anderen 59 bekannten Satellitengalaxien der Milchstraße sind äußerst schwach und können nur mit dem Hubble-Weltraumteleskop oder großen bodengebundenen Teleskopen entdeckt werden.
SAGA führte eine Zählung von 101 Galaxien durch, die in Größe und Masse unserer Milchstraße ähneln und insgesamt 378 Satellitengalaxien beherbergen. Die Anzahl der sichtbaren Satellitengalaxien pro Wirtsgalaxie reichte von 0 bis 13. Im Vergleich dazu konnte SAGA (mit Daten des Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) am Mayall-Teleskop des Kitt Peak National Observatory in Arizona nur vier Satelliten entdecken. Die übrigen Satelliten unserer Galaxie sind einfach zu schwach, um von DESI gesehen zu werden.
„Die Milchstraße scheint weniger Satelliten zu beherbergen, wenn man die Existenz der LMC in Betracht zieht“, sagte Yao-Yuan Mao von der University of Utah, ebenfalls Mitbegründer von SAGA, in einer Erklärung.
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Das liegt daran, dass der von SAGA entdeckte Trend dahin geht, dass Wirtsgalaxien im Allgemeinen mehr Satellitengalaxien aufweisen, wenn sie auch mindestens eine Galaxie vom Magellan-Typ umkreisen.
Galaxien ohne Magellansche Galaxien haben jedoch tendenziell weniger Satelliten. Eine Erklärung dafür ist, dass die Magellanschen Wolken erst kürzlich zur Familie der Milchstraße hinzugekommen sind. So haben Forschungen von Gurtina Besla, die heute am Steward Observatory in Arizona arbeitet, im Jahr 2007 ergeben, dass die Magellanschen Wolken Erstbesucher sind, die in den letzten drei Milliarden Jahren von der Schwerkraft unserer Milchstraße erfasst und in einer Umlaufbahn gefangen wurden. Vor der Ankunft der Magellanschen Wolken hätte man also nicht erwartet, dass die Milchstraße viele helle Satellitengalaxien hat, wenn man die von SAGA beobachteten Trends zugrunde legt. Man geht davon aus, dass sich andere Galaxien vom Typ der Magellanschen Wolken in anderen Systemen um ihre Wirtsgalaxie herum gebildet haben.
Plus sind Galaxien vom Magellan-Typ an und für sich recht selten. Frühere Forschungen aus dem Jahr 2012 unter der Leitung von Aaron Robotham von der University of Western Australia im Rahmen der GAMA-Durchmusterung (Galaxy and Mass Assembly) kamen zu dem Schluss, dass nur 3 % der Spiralgalaxien, die der Milchstraße ähneln, Satelliten vom Typ der Magellanschen Wolke haben.
In der letzten Datenveröffentlichung von SAGA (die ersten beiden Datenpakete des Projekts wurden 2017 und 2021 produziert) erfuhren die Astronomen auch andere Dinge über Zwergsatelliten. So wurde beispielsweise festgestellt, dass die Sternentstehungsrate eines Satelliten umso wahrscheinlicher ist, je näher er sich an seiner Wirtsgalaxie befindet, d. h. je geringer seine Sternentstehungsrate ist. Je näher der Satellit an der Wirtsgalaxie ist, desto tiefer ist er in die Schwerkraftquelle und den Halo aus dunkler Materie der Wirtsgalaxie eingebettet und desto näher ist er der Strahlung, die von heißen, jungen Sternen oder Supernovaexplosionen ausgeht, die sternbildendes Gas aus einer umkreisenden Satellitengalaxie entfernen können.
Astronomen nennen das Aufhören der Sternentstehung in einer Galaxie „Quenching“, und die Ergebnisse von SAGA bringen das Quenching direkt mit der Umgebung der Wirtsgalaxie in Verbindung. Die meisten Satellitengalaxien der Milchstraße wurden ausgelöscht, und das ist zumindest teilweise der Grund, warum sie so schwach sind – weil sie es nicht geschafft haben, viele Sterne zu bilden. Die Ergebnisse der SAGA-Studie deuten auch darauf hin, dass sich gelöschte Galaxien eher in isolierten Umgebungen befinden sollten als in Systemen, die mit anderen Satellitengalaxien überfüllt sind, mit denen sie in Wechselwirkung treten könnten, was zu einer verstärkten Sternbildung in ihnen führen würde.
Aber was bedeutet das alles wirklich? Zwerg-Satellitengalaxien existieren innerhalb des riesigen Halos aus dunkler Materie, der alle großen Galaxien umgibt. Dieser Halo dient als Gravitationsgerüst für die Entstehung dieser Galaxien. Zwerggalaxien sind die Bausteine ihrer größeren Wirtsgalaxien; das Modell der hierarchischen Galaxienbildung, das vom Standardmodell der Kosmologie beschrieben wird und bei dem sich größere Galaxien aus kleinen Galaxien zusammensetzen, sagt voraus, dass es eigentlich viel mehr Zwergtrabanten um die Milchstraße geben müsste, als wir derzeit entdecken. Wo diese fehlenden Galaxien sind, bleibt ein Rätsel, aber durch die Entnahme und Untersuchung von Zwerggalaxien in der Umgebung anderer Galaxien können wir etwas über die Halos aus dunkler Materie in der Umgebung anderer Galaxien, ihren Einfluss auf die Entstehung und Entwicklung von Galaxien und darüber erfahren, wo sich kleine Satellitengalaxien verstecken könnten.
Es gibt drei neue Forschungsarbeiten, die die Ergebnisse von SAGA beschreiben und von Geha, Mao und Risa Wechsler von der Stanford University in Kalifornien geleitet werden. Die Arbeiten wurden zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal angenommen und sind derzeit als Pre-Prints verfügbar: die von Mao geleitete Arbeit über die Ungewöhnlichkeit der Milchstraße, die von Geha geleitete Arbeit über das Satelliten-Quenching und eine dritte Arbeit über die Modellierung der Daten.
