Ungefähr 50 winzige Galaxien umgeben unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine von ihnen, bekannt als Crater II, aus dunklen Materieteilchen bestehen könnte, die miteinander interagieren.(Bildnachweis: ESA/Gaia/DPAC)
Eine Galaxie, die etwa 380.000 Lichtjahre von der Erde entfernt neben unserer eigenen schwebt, könnte neue Hinweise auf die 90-jährige Suche nach der Natur der dunklen Materie liefern, dem unsichtbaren Klebstoff, der Galaxien zusammenhält.
Die geheimnisvolle Substanz macht mehr als 80 % der Masse des Universums aus, wurde aber bisher nicht direkt nachgewiesen.
Wissenschaftler sagen, dass die Satellitengalaxie mit dem Namen Crater II aus selbst wechselwirkender dunkler Materie (SIDM) bestehen könnte, einer hypothetischen Variante der dunklen Materie, deren Teilchen durch eine bisher unbekannte Kraft jenseits der Schwerkraft miteinander wechselwirken sollen. Diese Hypothese hat in den letzten Jahren als alternative Form der herkömmlichen „kalten“ dunklen Materie an Aufmerksamkeit gewonnen.
„Als wir mit diesem Projekt begannen, wussten wir ungefähr, wie SIDM funktionieren würde, aber wir hatten keine Ahnung, wie gut es die Beobachtungen von Krater II erklären würde“, sagte Studienmitautor Hai-Bo Yu, Professor für Physik und Astronomie an der University of California, Riverside, gegenüber kosmischeweiten.de.
„Unsere Computersimulationen von Crater-II-Analoga zeigen, dass die Übereinstimmung zwischen den Vorhersagen [der mit sich selbst wechselwirkenden dunklen Materie] und den Crater-II-Beobachtungen überraschend gut ist, und dass die erforderliche Stärke der Selbstwechselwirkung der dunklen Materie größer ist, als wir ursprünglich angenommen hatten.“
Die 2016 auf Bildern des Very Large Telescope in Chile entdeckte Galaxie Crater II ist der viertgrößte Satellit der Milchstraße – nach den großen und kleinen magellanischen Wolken und der Sagittarius-Galaxie. Wäre sie mit bloßem Auge sichtbar, würde sie doppelt so groß wie der Vollmond erscheinen, so New Scientist. Krater II beherbergt einige Milliarden alter Sterne, die über 6.500 Lichtjahre verstreut sind, was den „schwachen Riesen“ bemerkenswert schwach macht – fast 100.000 Mal schwächer als die Milchstraße.
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Trotz mehrerer Versuche im Laufe der Jahre, die Eigenschaften von Crater II zu simulieren, ist nach wie vor unklar, wie die Galaxie entstanden ist und ihre relativ große Größe beibehält. Astronomen wissen, dass Crater II sich über Äonen hinweg unter dem Gravitationseinfluss der Milchstraße entwickelt; unsere Galaxie übt eine Gezeitenkraft auf ihn aus, die sein Profil streckt. Diese Gezeitenkräfte beeinflussen auch seinen Halo aus dunkler Materie – eine kugelförmige, unsichtbare Struktur, die Krater II umgibt – sowie die Sterne der Galaxie.
„Ein nützliches Analogon ist, dass die Gezeitenkraft des Mondes zu Ozeanfluten auf der Erde führt“, sagt Yu. „Bei den Satelliten der Milchstraße kann die Gezeitenkraft Sterne und dunkle Materie abtragen, wodurch sich die Masse der Satelliten mit der Zeit verringert.“
Jüngste Messungen der Umlaufbahn der Galaxie um die Milchstraße deuten jedoch darauf hin, dass diese Wechselwirkungen zu schwach sind, um die Dichte der dunklen Materie in Krater II zu erklären – das heißt, wenn die dunkle Materie aus „kalten“, kollisionslosen Teilchen besteht, wie es das vorherrschende Lambda-CDM-Modell (LCDM oder CDM) der Kosmologie vorhersagt. Anhaltende Gezeitenwechselwirkungen mit der Milchstraße sollten Krater II ebenfalls stärker geschrumpft haben als beobachtet, so die Wissenschaftler.
Anhand von Messungen der Umlaufbahn von Crater II simulierten Yu und andere Teammitglieder den Massenverlust von Sternen und Teilchen der dunklen Materie aufgrund der Gezeitenkraft der Milchstraße. Das Team fand heraus, dass die beobachteten Eigenschaften der Galaxie durch dunkle Materieteilchen erklärt werden können, die miteinander wechselwirken.
Wichtigerweise weist Crater II keine dichte „Spitze“ aus dunkler Materie in seinem Zentrum auf, wie es das LCDM-Modell vorhersagt. Wenn die dunkle Materie jedoch tatsächlich aus selbst wechselwirkenden Teilchen besteht, können Kollisionen in den inneren Regionen eines Halos aus dunkler Materie Energie zwischen den Teilchen übertragen „und dazu führen, dass sie die gleiche Menge an Energie tragen“, so Yu. Das würde den Halo von Crater II in gewisser Weise ausgleichen und das Fehlen eines zentralen Scheitelpunkts erklären, so die Studie des Teams, die diesen Monat in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde.
SIDM sagt auch voraus, dass sich eine Galaxie innerhalb des Halos aus dunkler Materie ausdehnt, was die große Größe von Crater II besser erklären würde als die CDM-Modelle, sagen die Forscher.
„Unsere Arbeit zeigt, dass SIDM die ungewöhnlichen Eigenschaften von Crater II gut erklären kann, was das CDM in Frage stellt“, sagt Yu. „Um weiter zu bestätigen, ob die dunkle Materie tatsächlich eine neue Kraft trägt, hoffen wir, mehr Galaxien wie Crater II zu sehen.“
