Die neu entdeckte Zwerggalaxie Virgo III mit ihren weiß eingekreisten Sternen (Bildnachweis: NAOJ/Tohoku University)
Astronomen haben zwei neue Satellitengalaxien der Milchstraße entdeckt, und diese Entdeckungen könnten uns helfen, die dunkle Materie besser zu verstehen – den mysteriösen Stoff, der etwa 85 % der Materie im Universum ausmacht, aber für uns praktisch unsichtbar bleibt.
Die Entdeckungen bringen die Wissenschaftler auch einen Schritt näher an die Lösung eines anhaltenden Problems mit dem Standardmodell der Kosmologie oder dem „Lambda-Kaltmaterie-Modell“, auch bekannt als „ΛCDM“, bei dem das Wort „kalt“ davon ausgeht, dass die dunkle Materie aus Teilchen besteht, die sich langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die neu gefundenen kleinen Sternansammlungen wurden als Sextans II und Virgo III bezeichnet. Sie gesellen sich zu den etwa 60 bekannten Zwerggalaxien, die sich in einem Abstand von maximal 1,4 Millionen Lichtjahren um unsere viel größere Spiralgalaxie scharen. Die bekanntesten und größten dieser Zwerggalaxiensatelliten der Milchstraße sind die Große Magellansche Wolke (LMC) und die Kleine Magellansche Wolke (SMC).
„Wie viele Satellitengalaxien hat die Milchstraße? Das ist seit Jahrzehnten eine wichtige Frage für Astronomen“, sagte Teamleiter Masahi Chiba, Professor an der Tohoku-Universität, in einer Erklärung.
Viele winzige Zwerggalaxien-Satelliten der Milchstraße bleiben aufgrund ihrer Entfernung und Schwäche unentdeckt, aber Chiba und Kollegen waren entschlossen, diese schwer fassbaren Objekte zu finden. Deshalb wandten sie sich an das Subaru-Teleskop. Dieses leistungsstarke Bodenteleskop, das sich in der Nähe des Maunakea-Gipfels auf Hawaii befindet, eignet sich hervorragend für die Suche nach Zwerggalaxien, und dasselbe Team hatte es zuvor bereits für die Entdeckung von drei neuen Satelliten der Milchstraße eingesetzt.
Die Position der neu entdeckten Zwerggalaxie Virgo III und ihrer Mitgliedssterne. (Bildnachweis: NAOJ/Tohoku Universität)
Inhaltsübersicht
Hilfe! Unsere Zwerggalaxien sind verschwunden
Dunkle Materie ist ein anhaltendes kosmologisches Problem, weil sie weder mit Licht noch mit der gewöhnlichen Materie, aus der Sterne, Planeten, Monde und wir bestehen, wechselwirkt. Und wenn sie doch mit diesen Dingen wechselwirkt, sind diese Wechselwirkungen viel zu schwach, als dass wir sie bemerken könnten.
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Das bedeutet, dass die dunkle Materie aus Teilchen bestehen könnte, die derzeit noch unentdeckt sind, obwohl es mögliche Erklärungen gibt, die keine Erweiterungen der Teilchenphysik erfordern. So haben Wissenschaftler beispielsweise die Idee erforscht, dass die dunkle Materie aus winzigen primordialen schwarzen Löchern bestehen könnte, die kurz nach dem Urknall übrig geblieben sind.
Die dunkle Materie interagiert jedoch tatsächlich mit der Schwerkraft, die die Bewegung und Dynamik von Licht und gewöhnlicher Materie beeinflussen kann. Dies hat es Wissenschaftlern ermöglicht, auf das Vorhandensein dunkler Materie zu schließen und schließlich festzustellen, dass große Galaxien von riesigen Halos dieser geheimnisvollen Substanz umgeben sind. Man glaubt, dass diese Halos weit über die galaktischen Scheiben und die Halos der sichtbaren Materie hinausgehen.
Das ΛCDM sagt voraus, dass diese Halos aus dunkler Materie eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Galaxien gespielt haben. Im frühen Universum bildeten sie Gravitationsbrunnen, in die das Gas und der Staub, aus denen sich die Sterne in den Galaxien bildeten, hineingezogen wurden. Schließlich zogen sich diese Halos auch zusammen und bildeten große Galaxien wie die Milchstraße.
Ein Diagramm mit den bekannten Satellitengalaxien der Milchstraße, einschließlich der neu entdeckten Sextans II und Virgo III. Der zentrale graue Punkt ist die Scheibe der Milchstraße (Bildnachweis: NAOJ/Tohoku University)
Dieses Modell legt auch nahe, dass es in Wirklichkeit Hunderte von Satellitengalaxien um die Milchstraße und andere große Galaxien gibt. Simulationen mit dem ΛCDM sagen zum Beispiel voraus, dass unsere Nachbargalaxie Andromeda von etwa 500 Satellitengalaxien umgeben sein sollte. Die Astronomen haben jedoch nur 39 Zwerggalaxien gesehen, die Andromeda umkreisen.
Für die Milchstraße deuten einige Simulationen, die auf dem Standardmodell der Kosmologie basieren, darauf hin, dass unsere Galaxie von etwa 220 Zwerggalaxien umkreist werden sollte, doch die Wissenschaftler können nicht herausfinden, wo sie alle sind. Die Entdeckung von Sextans II und Virgo III trägt dazu bei, dieses Gleichgewicht wiederherzustellen. Dennoch könnten die Ergebnisse dieser Entdeckungen die Kosmologen vor das entgegengesetzte Problem stellen, mit dem sie zuvor konfrontiert waren.
Der Bereich des Himmels über der Erde, der von der HSC-SSP beobachtet wird (von roten Linien umgebenes Gebiet). Bereits bekannte Satellitengalaxien sind durch schwarze Quadrate gekennzeichnet, neu entdeckte Satellitengalaxien durch weiße Dreiecke und Sterne (Bildnachweis: NAOJ/Tohoku University)
Nicht genug Zwerggalaxien oder zu viele?
Die Zahl der identifizierten Milchstraßengalaxien liegt zwar immer noch weit unter den vorhergesagten 220 Zwerggalaxien, aber das Forschungsteam berücksichtigte die Tatsache, dass die Subaru nicht den gesamten Nachthimmel über der Erde sehen kann.
Sie kombinierten die Verteilung der Zwerggalaxien, die Subaru sehen konnte, mit seinem „Fußabdruck“ am Nachthimmel, um eine Schätzung zu berechnen, wie viele Satelliten unsere Galaxie in Wirklichkeit umgeben sollten. Dies führte zu der Berechnung, dass die Milchstraße von 500 Galaxien umgeben ist – mehr als doppelt so viele wie in Simulationen auf der Grundlage des ΛCDM vorhergesagt.
Sind die Wissenschaftler also von einem „Zuwenig-Zwerggalaxien-Problem“ zu einem „Zuviel-Zwerggalaxien-Problem“ übergegangen?
Die Zwerggalaxien Donatiello I bis Donatiello IX aus der Sicht des Dark Energy Spectroscopic Instrument. (Bildnachweis: DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA, G. Donatiello)
Möglicherweise nicht. Vor kurzem entdeckte der Amateurastronom Giuseppe Donatiello fünf neue Satellitengalaxien um die Galaxie Sculptor, die offiziell als NGC 253 bekannt ist.
Als er und ein Team von Astronomen die Verteilung der Satellitengalaxien um die Sculptor-Galaxie untersuchten, darunter drei, die Donatiello zuvor selbst entdeckt hatte, stellten sie fest, dass die Verteilung dieser Galaxien, die etwa 11,5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt sind, ungleichmäßig ist. Mit anderen Worten: Die winzigen Galaxien schienen eine „bevorzugte Richtung“ zu haben, wobei mehr Galaxien auf einer Seite der Sculptor-Galaxie lagen als auf der anderen.
Wenn es auch eine bevorzugte Richtung für Zwerggalaxien um die Milchstraße herum gibt und das Suburu-Teleskop zufällig in diese Richtung schaut, dann wären die Schätzungen, die auf den Beobachtungen von Subaru basieren, überhöht.
Das Team, das hinter diesen Entdeckungen von Zwerggalaxien in der Milchstraße steht, will nun die tatsächliche Anzahl der uns umgebenden Satellitengalaxien mit einem weiteren Bodenteleskop weiter untersuchen.
„Der nächste Schritt ist der Einsatz eines leistungsfähigeren Teleskops, das einen größeren Bereich des Himmels erfasst“, so Chiba abschließend. „Nächstes Jahr wird das Vera C. Rubin-Observatorium in Chile für diesen Zweck genutzt werden. Ich hoffe, dass dann viele neue Satellitengalaxien entdeckt werden.“
Die Ergebnisse des Teams wurden am 8. Juni in den Publications of the Astronomical Society of Japan veröffentlicht.
