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Dienstag, 25.07.2017
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„Tête-àTête“ macht Galaxien dunkel

Neues Modell erklärt Entstehung dunkler Galerien

Wie dunkle Galaxien entstanden sind, erklärt jetzt ein neues Modell, das Forscher der Universität Zürich entwickelt haben. Danach verfügten diese Galaxien ursprünglich über einen normalen Anteil leuchtender Materie. Erst im Kontakt mit anderen, größeren Galaxien wie der Milchstraße verloren sie diese und wurden dunkel, so die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von „Nature“.
Schweif eines Kometen?

Schweif eines Kometen?

Eine der interessantesten Eigenheiten der Galaxien unseres Universums ist die Tatsache, dass sie immense Mengen einer mysteriösen Form von Materie enthalten. Diese Materie offenbart sich durch ihre Gravitationswirkung auf normale Materie wie Gas und Sterne, sendet aber kein Licht aus. Die Beschaffenheit dieser so genannt dunklen Materie ist eines der größten Rätsel der modernen Physik.

Ebenfalls ungeklärt ist, weshalb der relative Anteil von dunkler Materie im Vergleich zu normaler Materie umso größer wird, je kleiner die Galaxie ist. So besteht beispielsweise unsere Galaxie aus etwa gleich viel normaler wie dunkler Materie. Demgegenüber enthalten Galaxien, die einige tausend Mal kleiner sind und im Weltall recht häufig vorkommen, bis zu hundert Mal mehr dunkle als normale Materie.

„Satelliten“-Galaxien


In der Astrophysik hat man sich lange gefragt, ob es eine grundlegende Eigenschaft dunkler Materie ist, dass ihr Vorkommen mit abnehmender Größe einer Galaxie zunimmt – und ob dies gar ein entscheidendes Merkmal dafür ist, wie Strukturen im Weltall wachsen. Seit einiger Zeit kennt man jedoch noch eine weitere Besonderheit der dunkelsten Galaxien: Man weiß, dass sie keine einzelnen Objekte sind, sondern sich tendenziell um massivere Galaxien häufen. Die bekanntesten Beispiele hierfür umkreisen unsere Milchstraße. Solche winzigen „Satelliten“-Galaxien nennen Forscher Zwergsphäroide, weil sie im Gegensatz zur Milchstraße oder anderen riesigen Galaxien, die scheibenförmig aussehen, klein und eher kugelähnlich sind.


Endzustand der kleinen Galaxie

Endzustand der kleinen Galaxie

Forscher um Professor Lucio Mayer vom Institut für Theroretische Physik der Universität Zürich haben mit Hilfe von Simulationen sowohl dunkle Materie als auch normale Materie wie Sterne und Gas nachgeahmt. Mit den derzeit leistungsfähigsten Rechnern der Welt, einschließlich der „ZBox1“- und „ZBox2“-Supercomputer der Universität Zürich konnten sie die Gleichungen lösen, die für ihre Entstehung im Weltall maßgebend sind. Damit haben sie Licht in die noch dunkle Herkunft dieser kleinen Galaxien gebracht und vor allem neue Erkenntnisse darüber gewonnen, weshalb diese Zwerggalaxien einen so großen Anteil an dunkler Materie besitzen.

Normale Materie verloren


Die Simulationen haben gezeigt, dass diese kleinen Galaxien ursprünglich aus relativ normalen Anteilen an dunkler und gewöhnlicher Materie bestanden haben. Dann haben sie jedoch aufgrund ihrer Interaktion mit massiveren Galaxien wie beispielsweise der Milchstrasse den überwiegenden Teil ihrer normalen Materie verloren.

„Wenn eine kleine Galaxie vor zehn Milliarden Jahren in die Nähe einer massiven Galaxie geriet, wurde sie durch ihre Gezeitenkraft erfasst, gedehnt und beim Eindringen in den gasförmigen Halo der größeren Galaxie einem hydrodynamischen Wind ausgesetzt“, erklärt Mayer. Vor vielen Milliarden Jahren war das Universum zudem durchdrungen von hochenergetischen ultravioletten Photonen, die damals in einem viel schnelleren Rhythmus entstanden als heute. Die gravitationsbedingte Gezeitenkraft führte dazu, dass sowohl dunkle als auch normale Materie von den Zwerggalaxien abgestreift wurde. Der Wind und die ionisierende Strahlung wirkten jedoch nur auf die normale Materie, weil dunkle Materie ausschließlich auf die Schwerkraft reagiert.

Der starke Wind reichte aus, um alles Gas von der Zwerggalaxie abzutrennen, weil das Gas aufgrund der ionisierenden Strahlung heiß und nur schwach an die Galaxie gebunden war. „Letztlich wurde so bis zu mehrere Hundert Mal mehr normale Materie als dunkle Materie von der kleinen Galaxie abgestreift“, so Mayer. Was schließlich zurückblieb, war eine winzige leuchtende Galaxie, die nach wie vor umgeben war von einer großen Hülle dunkler Materie. Mit diesem Modell lässt sich im Übrigen auch erklären, weshalb Zwergsphäroide kugelförmig sind und nicht scheibenförmig wie die Milchstrasse: Die Gezeitenwirkung massiver Galaxien verursacht auf natürliche Weise eine Störung der scheibenartigen Form und führt zu einer kugelförmigeren Verteilung der Sterne.

Abstreifprozesse machen Zwerggalaxien unsichtbar


Die Forscher gehen davon aus, dass in der Weite des Alls noch eine sehr große Zahl von winzigen dunklen Galaxien verborgen ist, die darauf warten, entdeckt zu werden. Heute sind diese Zwerggalaxien kaum mehr sichtbar, weil durch die Abstreifprozesse nur wenige Sterne oder Gasknoten übrig geblieben sind. Mit den neuen leistungsstarken Teleskopen, die bald hergestellt werden, können sie aber aufgespürt werden.

In den letzten Monaten vermeldete das Team des Sloan Digital Sky Survey, das riesige hochauflösende Aufnahmen von Galaxien erstellt und unter anderem von der NASA betrieben wird, bereits neue Entdeckungen. Falls sich diese Erkenntnisse bestätigen, könnte ein altes Problem gelöst werden, das sich durch das Standardmodell der Kosmologie stellt: Dieses besagt, dass es weit mehr winzige Galaxien rund um die Milchstraße geben muss, als bisher tatsächlich beobachtet worden sind.
(Universität Zürich, 15.02.2007 - DLO)
 
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