Galaxies

Astronomen verbinden die Punkte zwischen zwei seltsamen Doppelgängergalaxien und decken auf, was eine galaktische Perlenkette sein könnte, die vor 8 Milliarden Jahren bei einer kosmischen Kollision entstanden ist.

Hubble verbrachte 40 90-minütige Umlaufbahnen damit, dieses detailreiche Bild von NGC 1052-DF2 zu machen, der ersten der dunklen materielosen Galaxien, die entdeckt wurden. Pieter van Dokkumet al. / Natur 2022

In den Jahren 2018 und 2019 berichtete ein Team unter der Leitung von Pieter van Dokkum (Yale University) über die Entdeckung von zwei Zwerggalaxien (mit den Namen DF2 und DF4), die anscheinend frei von dunkler Materie waren. Die Ankündigung verwirrte die Astronomen, da man annimmt, dass dunkle Materie den Gravitationszug liefert, den gewöhnliche Materie benötigt, um Galaxien zu bilden. Galaxien mit einem Mangel an dunkler Materie scheinen diesem Spielbuch nicht zu folgen.

Es folgten hitzige Diskussionen, da einige andere vorschlugen, dass die Entfernungen zu den Galaxien möglicherweise falsch gemessen worden seien. Aber inmitten der Kontroverse blieb relativ unbemerkt, wie ähnlich sich DF2 und DF4 wirklich sind. Sie sind in Größe, Leuchtkraft, Morphologie und Geschwindigkeitsverteilung ähnlich, und beide enthalten eine besondere Population sehr leuchtender Kugelsternhaufen. Entscheidend ist, dass sie, vorausgesetzt, die Entfernungen stimmen, auch in derselben Nachbarschaft liegen: der Region um eine helle elliptische Galaxie, die als NGC 1052 bekannt ist.

Bei einer galaktischen Kollision geborene Zwillinge

In Nature vom 19. Mai fragt van Dokkums Team, ob DF2 und DF4 mehr als nur Doppelgänger sind. Könnten sie Zwillinge sein, die von derselben kosmischen Mutter geboren wurden? „Ich bin von der Annahme ausgegangen, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass diese Galaxien nichts miteinander zu tun haben“, sagt van Dokkum. „Sie sind beide einzigartig im Universum, mit Ausnahme ihres Zwillings, der zufällig in derselben Gruppe lebt.“

Zu Beginn der Analyse takteten die Forscher die beiden Galaxien so, dass sie mit hoher Geschwindigkeit voneinander wegliefen. Unter Verwendung ihrer heutigen Sichtlinienpositionen und -geschwindigkeiten sowie des geschätzten Alters von DF2 verfolgte das Team ihre Positionen in der Zeit bis zu einem gemeinsamen Ursprung zurück. Dann konstruierte das Team unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften der Galaxien ein Szenario für ihre Entstehung, basierend auf früheren Computersimulationen.

ein Diagramm, das zeigt, wie ein einzelnes Ereignis Galaxien ohne dunkle Materie hätte erzeugen könnenEin Szenario, wie DF2, DF4 und andere Galaxien, denen es möglicherweise an dunkler Materie mangelt, vor etwa 8 Milliarden Jahren in einem einzigen Ereignis geboren wurden. Eine einfallende gasreiche Galaxie auf einer ungebundenen Umlaufbahn (Vorläufer 1) kollidiert mit einer Satellitengalaxie von NGC 1052 (Vorläufer 2) und hinterlässt zwei dunkle Überreste (möglicherweise RCP 32 und DF7), DF2 und DF4 und drei bis sieben weitere Dunkel- Materiefreie Galaxien. P. van Dokkum (Universität Yale)

In diesem Szenario kollidierte eine Satellitengalaxie von NGC 1052 vor etwa 8 Milliarden Jahren mit einer anderen ungebundenen Galaxie. Die beteiligten Sterne und die dunkle Materie glitten aneinander vorbei und interagierten nur schwach durch die Schwerkraft. Aber die Hochgeschwindigkeitskollision komprimierte und verlangsamte das Gas der Galaxien.

„Das Gas wurde zu einer ganzen Reihe von Klumpen aufgereiht, die dann unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabierten und neue Galaxien ohne dunkle Materie bildeten, weil die dunkle Materie verloren ging“, erklärt van Dokkum. Gemäß dieser Ursprungsgeschichte könnten andere Galaxien ohne dunkle Materie in der Nähe sichtbar sein, die wie eine Perlenkette eine Linie zwischen DF2 und DF4 bilden. Und was ist mit den von dunkler Materie dominierten Überresten der beiden Galaxien? Sie könnten an den Enden der Schnur liegen.

Das Team durchsuchte den Katalog der Galaxien um NGC 1052 und fand 11 wie vorhergesagt aufgereiht, darunter DF2 und DF4. An den fernen Enden, jenseits von DF2 und DF4, befinden sich zwei besondere Galaxien: RCP 32 und DF7. Dies könnten die fehlenden Relikte der ursprünglichen Kollision sein.

ein Bild aus kleinen Lichtkreisen vor schwarzem HintergrundEin Übersichtsbild der Region NGC 1052, das 11 Galaxien hervorhebt, die eine Kette aus galaktischen Perlen bilden, die möglicherweise nach einem einzigen Kollisionsereignis vor etwa 8 Milliarden Jahren entstanden sind. Ebenfalls hervorgehoben ist DF9, eine Galaxie, die auf der Schnur zu sein scheint, aber nicht Teil der Probe war. P. van Dokkum (Universität Yale)

Obwohl van Dokkum anerkennt, dass die Identität der Vorfahren von RCP 32 und DF7 etwas spekulativ ist, glaubt er, dass die beobachtete Perlenkette zeigt, dass diese Galaxien, abgesehen von einigen potenziellen Eindringlingen, zumindest in gewisser Weise verwandt sind und einen gemeinsamen Ursprung haben könnten.

Kosmische Ausrichtung oder Zufall?

„Die neuen Ergebnisse bieten ein sehr interessantes und ordentliches Szenario, um den niedrigen/null Gehalt an dunkler Materie von DF2 und DF4 zu erklären“, sagt Pavel Mancera Piña (ASTRON und Universität Groningen, Niederlande), der nicht an der Studie beteiligt war. Piña hat sechs weitere Galaxienkandidaten ohne Dunkle Materie entdeckt, wenn auch mit anderen Eigenschaften als DF2 und DF4. „Ich denke, wir werden in der Lage sein, etwas mit größerer Sicherheit zu sagen, sobald die Entfernung, die Radialgeschwindigkeiten und die Gesamtmasse von mehr Galaxien in der Nähe der Spur von DF2 und DF4 ermittelt sind.“

Michelle Collins (University of Surrey, UK) ist ähnlich vorsichtig. „Für mich wirkt es wie eine nette Idee, aber mit einer Reihe bedeutender Probleme“, sagt sie. „Einer davon ist, dass sie davon ausgehen, dass diese 11 Systeme in einer Reihe alle mit NGC 1052 verbunden sind.“

Entsprechend ihrer Position am Himmel sitzt die Reihe von 11 Zwerggalaxien in der Nähe von drei anderen großen Galaxien. Die Spirale NGC 1035 zum Beispiel schmiegt sich direkt an den Pfad, ist uns aber viel näher als NGC 1052. Angesichts der Tatsache, dass eine andere Gruppe behauptet, dass NGC 1035 an DF4 zieht, hätte Collins gerne eine zusätzliche Analyse gesehen, die das Potenzial berücksichtigt Einfluss dieser anderen großen Galaxien, „um die Menschen davon zu überzeugen, dass es sich nicht nur um eine zufällige Sichtlinienüberschneidung handelt, sondern um eine Art Sternbild“.

Worin Collins, Mancera Piña und van Dokkum sich einig sind, ist, dass das vorgeschlagene Kollisionsszenario zur Erklärung der Bildung von DF2 und DF4 im Prinzip leicht zu testen ist. Van Dokkums Team beabsichtigt, eine Armee leistungsstarker Teleskope auf diese 11 Galaxien zu richten, um das Problem ein für alle Mal zu lösen.

Bodengestützte Instrumente wie das Very Large Telescope in Chile und das Keck Telescope auf Mauna Kea, Hawaii, werden die Radialgeschwindigkeiten der Galaxien messen. Hubble wird Schnappschüsse von jeder der 11 Galaxien machen, um festzustellen, ob sie alle leuchtende Kugelsternhaufen wie DF2 und DF4 beherbergen, und van Dokkum hat zusätzliche Zeit am ehrwürdigen Weltraumteleskop beantragt, um auch die Entfernungen der Galaxien zu messen.

Schließlich hofft van Dokkum, am James-Webb-Weltraumteleskop Zeit zu bekommen, um die Massen der beiden Galaxien RCP 32 und DF7 am anderen Ende der galaktischen Perlenkette zu messen: „Das ist eine Art Heiliger Gral, denn dann finden wir vielleicht heraus, wo die dunkle Materie ist in diesem ganzen System.“


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