Die Andromeda-Galaxie ist der Fleck in der Mitte. Die 36 anderen Minigalaxien sind gelb eingekreist.(Bildnachweis: NASA/ESA/Alessandro Savino (UC Berkeley)/Joseph DePasquale (STScI)/Akira Fujii DSS2)
Dutzende von Zwerggalaxien, die die Andromeda-Galaxie wie Bienen umschwärmen, wurden vom Hubble-Weltraumteleskop mit der Kamera eingefangen. Das Teleskop brauchte mehr als tausend Erdumrundungen, um genügend Bilder zu machen, um ein vollständiges Familienporträt der hellsten Andromeda-Satelliten zu erstellen.
Die 36 Zwerggalaxien sind in ihren Eigenschaften sehr unterschiedlich, und viele weisen rätselhafte Umlaufbahnen auf, die herkömmliche Theorien bisher nicht erklären konnten. Die Lösung dieser Rätsel könnte viel darüber verraten, wie sich die Andromedagalaxie – die mit einer Entfernung von etwa 2,5 Millionen Lichtjahren die uns am nächsten gelegene große Spiralgalaxie ist – gebildet und entwickelt hat.
„Wir stellen fest, dass es im Andromeda-Satellitensystem eine große Vielfalt gibt, die erklärt werden muss“, sagte Daniel Weisz von der University of California, Berkeley. „Die Art und Weise, wie die Dinge zusammenkommen, ist für das Verständnis der Geschichte dieser Galaxie von großer Bedeutung.“
Das Konzept der Zwerggalaxien, die um größere Galaxien herumschwärmen, wird von Modellen der Galaxienbildung erwartet, die auf dem Standardmodell der Kosmologie basieren, das ein Universum beschreibt, das mit so genannter „kalter dunkler Materie“ gefüllt ist. In diesem Szenario setzen sich die Galaxien innerhalb einer Struktur aus dunkler Materie zusammen, deren Schwerkraft kleine Klumpen normaler Materie – die so genannten Zwerggalaxien – anzieht und sie miteinander verschmelzen lässt. Dies wird als hierarchische Formation bezeichnet. Die Satellitengalaxien, die wir heute sehen, sind die Überbleibsel dieser Aufbauphase, die im frühen Universum vor über 13 Milliarden Jahren begann.
Die Familie der Zwerggalaxien, die um eine größere Galaxie wie die Andromedagalaxie herumschwirrt, kann uns viel über die Entstehungsgeschichte der größeren Galaxie verraten.
Dieses neue Bild des Hubble-Weltraumteleskops stellt nur die Hälfte eines geplanten Projekts zur Untersuchung der Bewegungen der Andromeda-Zwerge dar. In fünf Jahren werden Hubble oder das James-Webb-Weltraumteleskop weitere Daten sammeln, um ein weiteres Bild wie dieses zu erstellen; durch den Vergleich der beiden Bilder können die Astronomen erkennen, wie sich die Zwerggalaxien bewegt haben. Dann können sie die Zeit zurückspulen und die Zwerggalaxien rückwärts laufen lassen, um zu sehen, woher die Reiche vor Milliarden von Jahren gekommen sind, und um zu verstehen, wie sich dies auf ihre Beziehung zu Andromeda ausgewirkt hat.
Einige der Zwerggalaxien in Andromeda sind jedoch besonders rätselhaft. Zwerggalaxien in der Umgebung der Milchstraße beispielsweise haben entweder vor Milliarden von Jahren aufgehört, Sterne zu bilden, oder sie haben erst vor kurzem wieder damit begonnen, nachdem sie in den Einflussbereich unserer Galaxie eingetreten sind, wo die Gravitationsgezeitenkräfte Gasblasen aufgewirbelt haben, um den Prozess der Sternentstehung wieder in Gang zu setzen.
Es scheint jedoch, dass einige der Zwerggalaxien von Andromeda nie aufgehört haben, Sterne zu bilden, und dies mit einer langsamen Rate während der gesamten kosmischen Geschichte fortsetzen.
„Die Sternentstehung setzte sich tatsächlich bis zu einem viel späteren Zeitpunkt fort, was bei diesen Zwerggalaxien überhaupt nicht zu erwarten ist“, sagte Alessandro Savino von der University of California, Berkeley, der die Studie über die Andromeda-Satelliten leitete, in einer Erklärung. „Das taucht in Computersimulationen nicht auf. Bis jetzt weiß niemand, was das zu bedeuten hat.“
(Bildnachweis: NASA/ESA/Alessandro Savino (UC Berkeley)/Joseph DePasquale (STScI)/Akira Fujii DSS2)
Ein Anhaltspunkt ist, wie nahe diese Zwerggalaxien an ihrer Muttergalaxie sind. „Das ist ein klarer Hinweis darauf, wie das Wachstum kleiner Galaxien durch den Einfluss einer massereichen Galaxie wie Andromeda gestört wird“, sagt Savino.
Eine weitere Besonderheit ist die Anordnung der Bahnen einiger Zwerggalaxien: Die Hälfte von ihnen umkreist die Andromeda-Galaxie in derselben Ebene und alle in dieselbe Richtung.
„Das ist seltsam“, sagt Weisz. Nach dem Standardmodell sollten sich die Zwerggalaxien dem Halo aus dunkler Materie nähern, in dem eine große Galaxie von allen Seiten wächst, und deshalb auf zufälligen Bahnen um ihn herumschwirren. Dass die Galaxien alle in derselben Ebene liegen und sich in dieselbe Richtung bewegen, scheint ein zu großer Zufall zu sein.
„Es war eigentlich eine totale Überraschung, die Satelliten in dieser Konfiguration vorzufinden, und wir verstehen immer noch nicht ganz, warum sie so erscheinen“, sagte Weisz.
Obwohl das Standardmodell der Galaxienentstehung, das Halos aus dunkler Materie einbezieht, kaum erklären kann, warum die Hälfte der Andromeda-Zwerggalaxien in dieser Ebene liegt, ist das Phänomen eine Vorhersage einer alternativen Theorie der Schwerkraft, der modifizierten Newtonschen Dynamik oder MOND, die versucht, die dunkle Materie durch eine Änderung der Schwerkraftgesetze bei niedrigen Beschleunigungen zu ersetzen.
Im MOND-Szenario hätten die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie vor etwa 8 Milliarden Jahren eine enge Begegnung miteinander gehabt. Die Nähe der Andromeda-Galaxie zur Milchstraße hätte dazu geführt, dass sich Material, das aus unserer Galaxie herausgerissen wurde, in der gleichen Bahnebene um die Andromeda-Galaxie niedergelassen und dort die Zwerggalaxien gebildet hätte, ähnlich wie sich Monde um einen Planeten bilden. Ein anderes Astronomenteam hat dies jedoch zuvor bestritten und behauptet, dass es sich bei der Ebene nur um eine zufällige Ausrichtung handelt. Die neuen Hubble-Beobachtungen könnten jedoch etwas anderes vermuten lassen.
Obwohl es also immer noch möglich ist, dass eine Lösung im Rahmen des Standardmodells gefunden werden kann, wird die Bestätigung der Existenz dieser Ebene von Satellitengalaxien in den Augen der MOND-Theoretiker als bedeutender Sieg angesehen werden.
So oder so unterstreichen die Beobachtungen die Tatsache, dass unsere Milchstraßengalaxie und die Andromedagalaxie eine sehr unterschiedliche Geschichte erlebt haben. Studien über das Wachstum unserer eigenen Galaxie deuten darauf hin, dass sie zumindest in den letzten 10 Milliarden Jahren ein eher ruhiger Ort ohne größere Verschmelzungen mit mittelgroßen oder großen Galaxien war, während die Andromedagalaxie Anzeichen dafür aufweist, dass sie in den letzten paar Milliarden Jahren eine bedeutende Verschmelzung mit einer anderen Galaxie erlebt hat. Dies wird durch andere aktuelle Hubble-Beobachtungen bestätigt, bei denen 100 Millionen Sterne in der Andromeda-Galaxie abgebildet wurden. Diese Verschmelzung könnte dazu beigetragen haben, die Umgebung der Andromeda-Galaxie dynamischer zu machen und die Andromeda-Galaxie selbst zu vergrößern (sie ist doppelt so massiv wie unsere Milchstraße und hat mehr Satellitengalaxien).
Das wirft die Frage auf, wie sinnvoll es ist, unsere eigene Galaxie als Vorlage für andere Galaxien zu verwenden.
„Es besteht immer die Tendenz, das, was wir in unserer eigenen Galaxie verstehen, auf die anderen Galaxien im Universum zu übertragen“, so Weisz.
Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass Galaxien sehr unterschiedlich sein können, mit verschiedenen Eigenschaften und Geschichten, und wie sich ihre Familie von Satelliten entwickelt hat, kann ein Zeichen dafür sein, dass etwas anders ist. „Unsere Arbeit hat gezeigt, dass massearme Galaxien in anderen Ökosystemen andere Entwicklungspfade eingeschlagen haben als die, die wir von den Satellitengalaxien der Milchstraße kennen“, schloss Weisz.
Es scheint, dass sich die Löwen und Tiger im Zoo der Galaxien stärker unterscheiden können, als wir es uns vorgestellt haben.
Die neuen Erkenntnisse wurden am 28. Januar in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.
