Fast unsichtbare Galaxie stellt Modell der Dunklen Materie in Frage

Eine Gruppe von Astrophysikern unter der Leitung von Mireia Montes, einer Forscherin am Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), hat die größte und diffuseste Galaxie entdeckt, die bisher aufgezeichnet wurde. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Astronomie und Astrophysikund hat Daten verwendet, die mit dem Gran Telescopio Canarias (GTC) und dem Green Bank Radiotelescope (GBT) aufgenommen wurden.

Nube ist eine fast unsichtbare Zwerggalaxie, die von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung des Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) in Zusammenarbeit mit der Universität La Laguna (ULL) und anderen Institutionen entdeckt wurde.

Der Name wurde von der fünfjährigen Tochter eines der Forscher der Gruppe vorgeschlagen und ist auf das diffuse Erscheinungsbild des Objekts zurückzuführen. Seine Oberflächenhelligkeit ist so schwach, dass er bei den verschiedenen vorherigen Untersuchungen dieses Teils des Himmels unbemerkt geblieben ist, als wäre er eine Art Geist. Das liegt daran, dass seine Sterne so weit verteilt sind, dass „Nube“ (das spanische Wort für „Wolke“) fast nicht zu erkennen war.

Diese neu entdeckte Galaxie weist eine Reihe spezifischer Eigenschaften auf, die sie von bisher bekannten Objekten unterscheiden. Das Forscherteam schätzt, dass Nube eine Zwerggalaxie ist, die zehnmal schwächer ist als andere ihrer Art, aber auch zehnmal ausgedehnter als andere Objekte mit einer vergleichbaren Anzahl von Sternen. Um jedem, der sich mit Astronomie auskennt, zu zeigen, was das bedeutet: Diese Galaxie ist ein Drittel so groß wie die Galaxie Milchstraßehat aber eine ähnliche Masse wie die Kleine Magellansche Wolke.

Bild der Nube-Galaxie durch verschiedene Teleskope. Bildnachweis: SDSS/GTC/IAC

„Mit unserem derzeitigen Wissensstand verstehen wir nicht, wie eine Galaxie mit solch extremen Eigenschaften existieren kann“, erklärt Mireia Montes, die Erstautorin des Artikels, Forscherin am IAC und am ULL.

Seit einigen Jahren analysiert Ignacio Trujillo, der zweite Autor des Artikels, anhand der SDSS-Bilder (Sloan Digital Sky Survey), einem bestimmten Himmelsstreifen, im Rahmen des Projekts Legado del IAC Stripe 82. Bei einer der Überarbeitungen der Daten bemerkten sie einen schwachen Fleck, der interessant genug aussah, um ein Forschungsprojekt ins Leben zu rufen.

Der nächste Schritt bestand darin, ultratiefe Mehrfarbenbilder vom Gran Telescopio Canarias (GTC) zu verwenden, um zu bestätigen, dass dieser Fleck in der Untersuchung kein Fehler war, sondern ein extrem diffuses Objekt. Aufgrund seiner Helligkeit ist es schwierig, die genaue Entfernung von Nube zu bestimmen. Anhand einer Beobachtung mit dem Green Bank Telescope (GBT) in den Vereinigten Staaten schätzten die Autoren die Entfernung von Nube auf 300 Millionen Lichtjahre, obwohl bevorstehende Beobachtungen mit dem Radioteleskop Very Large Array (VLA) und dem optischen William Herschel Telescope anstehen (WHT) am Observatorium Roque de los Muchachos, La Palma, soll ihnen helfen zu zeigen, ob diese Entfernung korrekt ist. „Wenn sich herausstellt, dass die Galaxie näher ist, wird sie immer noch ein sehr seltsames Objekt sein und die Astrophysik vor große Herausforderungen stellen“, kommentiert Ignacio Trujillo.

Eine weitere Herausforderung für das derzeitige Modell der Dunklen Materie?

Die allgemeine Regel besagt, dass Galaxien in ihren inneren Regionen eine viel größere Dichte an Sternen aufweisen und dass diese Dichte mit zunehmender Entfernung vom Zentrum schnell abnimmt. Montes sagt jedoch, dass in Nube „die Dichte der Sterne im gesamten Objekt sehr wenig variiert, weshalb es so schwach ist und wir es nicht gut beobachten konnten, bis wir die ultratiefen Bilder vom GTC hatten.“ ”

Die Nube-Galaxie. Die Figur ist eine Komposition aus einem Farbbild und einem Schwarzweißbild, um den Hintergrund hervorzuheben. Bildnachweis: GTC/Mireia Montes

Nube gibt den Astronomen Rätsel auf. Auf den ersten Blick, erklärt das Team, gebe es keine Wechselwirkung oder andere Hinweise auf seine seltsamen Eigenschaften. Kosmologische Simulationen sind nicht in der Lage, seine „extremen“ Eigenschaften zu reproduzieren, selbst nicht auf der Grundlage unterschiedlicher Szenarien. „Wir haben keine brauchbare Erklärung innerhalb des derzeit akzeptierten kosmologischen Modells, dem der kalten dunklen Materie“, erklärt Montes.

Das Modell der Kalten Dunklen Materie kann die großräumigen Strukturen im Universum nachbilden, es gibt jedoch kleinräumige Szenarien wie den Fall von Nube, für die es keine gute Antwort geben kann. Wir haben gezeigt, dass die verschiedenen theoretischen Modelle dies nicht bewirken können, was es zu einem der extremsten Fälle macht, die bisher bekannt sind. „Es ist möglich, dass wir mit dieser Galaxie und ähnlichen Galaxien, die wir finden könnten, zusätzliche Hinweise finden, die ein neues Fenster zum Verständnis des Universums öffnen werden“, kommentiert Montes.

„Eine attraktive Möglichkeit besteht darin, dass die ungewöhnlichen Eigenschaften von Nube uns zeigen, dass die Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht, eine extrem kleine Masse haben“, sagt Ignacio Trujillo. Wenn dem so wäre, wären die ungewöhnlichen Eigenschaften dieser Galaxie eine Demonstration der Eigenschaften der Quantenphysik, allerdings auf galaktischer Ebene. „Wenn sich diese Hypothese bestätigt, wäre es eine der schönsten Demonstrationen der Natur, die die Welt des Kleinsten mit der des Größten vereinen würde“, schließt er.

Referenz: „Eine fast dunkle Galaxie mit der Masse der Kleinen Magellanschen Wolke“ von Mireia Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raúl Infante-Sainz, Kristine Spekkens, Giulia Golini, Michael Beasley, Maria Cebrián, Nushkia Chamba, Mauro D’Onofrio , Lee Kelvin und Javier Román, 9. Januar 2024, Astronomie und Astrophysik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202347667