Eine fast unsichtbare Galaxie stellt das Paradigma der Dunklen Materie in Frage

Eine Gruppe von Astrophysikern unter der Leitung von Mireia Montes, einer Forscherin am Institut für Astrophysik der Kanarischen Inseln (IAC), hat die größte und am weitesten verbreitete Galaxie entdeckt, die bisher aufgezeichnet wurde. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Astronomie und AstrophysikEs wurden Daten des Gran Telescopio Canarias (GTC) und des Green Bank Radio Telescope (GBT) verwendet.

Nube ist eine fast unsichtbare Zwerggalaxie, die von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung des Instituts für Astrophysik der Kanarischen Inseln (IAC) in Zusammenarbeit mit der Universität La Laguna (ULL) und anderen Institutionen entdeckt wurde.

Der Name wurde von der fünfjährigen Tochter eines Forschers der Gruppe vorgeschlagen und ist auf das ausgebreitete Aussehen des Körpers zurückzuführen. Seine Oberflächenhelligkeit ist so schwach, dass er bei verschiedenen früheren Untersuchungen dieses Teils des Himmels unbemerkt geblieben ist, als wäre er ein Geist. Dies liegt daran, dass seine Sterne so weit verteilt sind, dass die „Nube“ (spanisch für „Wolke“) fast nicht erkennbar war.

Diese neu entdeckte Galaxie weist eine Reihe spezifischer Eigenschaften auf, die sie von bisher bekannten Objekten unterscheiden. Das Forschungsteam schätzt, dass Nobi eine Zwerggalaxie ist, die zehnmal schwächer ist als andere ihrer Art, aber auch zehnmal massereicher als andere Objekte mit einer ähnlichen Anzahl von Sternen. Um jedem, der sich mit Astronomie auskennt, zu zeigen, was das bedeutet: Diese Galaxie ist etwa ein Drittel so groß wie die Galaxie MilchstraßeAber seine Masse ähnelt der der Kleinen Magellanschen Wolke.

Ein Bild der Nubiengalaxie durch verschiedene Teleskope. Bildnachweis: SDSS/GTC/IAC

„Mit unserem aktuellen Wissen verstehen wir nicht, wie eine Galaxie mit solch extremen Eigenschaften existieren konnte“, erklärt Mireya Montes, Erstautorin des Artikels und Forscherin am IAC und ULL.

Ignacio Trujillo, der zweite Autor des Artikels, führt seit mehreren Jahren Analysen auf der Grundlage von SDSS-Bildern durch (Sloan Digital Sky Survey), ein bestimmter Streifen am Himmel, im Rahmen des Legado del IAC Stripe 82-Projekts. Bei einer der Datenüberprüfungen bemerkten sie einen schwachen Fleck, der interessant genug aussah, um ein Forschungsprojekt ins Leben zu rufen.

Der nächste Schritt bestand darin, mehrfarbige, sehr tiefe Bilder vom Gran Telescopio Canarias (GTC) zu verwenden, um zu bestätigen, dass dieser Fleck im Scan kein Fehler, sondern ein sehr weit verbreitetes Objekt war. Aufgrund seiner Schwäche ist es schwierig, Nobbys genaue Entfernung zu bestimmen. Anhand einer Beobachtung mit dem Green Bank Telescope (GBT) in den Vereinigten Staaten schätzten Forscher die Entfernung von Nobi auf 300 Millionen Lichtjahre, trotz bevorstehender Beobachtungen mit dem Radioteleskop Very Large Array (VLA) und dem William Herschel Optical Telescope. (WHT) am Roque de los Muchachos-Observatorium auf 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.

Gibt es eine weitere Herausforderung für das aktuelle 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 Nobi „die Dichte der Sterne im gesamten Objekt sehr wenig variiert, weshalb sie so schwach ist und wir sie nicht gut beobachten konnten, bis wir die sehr tiefen Bilder von GTC erhielten.“ „

Nubien-Galaxie. Die Abbildung ist eine Kombination aus einem Farbbild und einem Schwarzweißbild zur Hintergrundauswahl. Bildnachweis: GTC/Mireya Montes

Neuling verwirrte Astronomen. Auf den ersten BlickDas Team erklärt, dass es keine Wechselwirkung oder andere Hinweise auf seine seltsamen Eigenschaften gibt. Kosmologische Simulationen sind nicht in der Lage, seine „extremen“ Eigenschaften zu reproduzieren, selbst wenn sie auf unterschiedlichen Szenarien basieren. „Wir haben innerhalb des derzeit akzeptierten kosmologischen Modells, dem Modell der kalten dunklen Materie, keine brauchbare Erklärung“, erklärt Montes.

Das Modell der kalten Dunklen Materie kann großräumige Strukturen im Universum nachbilden, es gibt jedoch kleinräumige Szenarien wie das von Nobby, für die es keine gute Antwort liefern kann. Wir haben gezeigt, dass verschiedene theoretische Modelle dies nicht reproduzieren 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 möglicherweise finden, zusätzliche Beweise finden, die ein neues Fenster zum Verständnis des Universums öffnen werden“, kommentiert Montes.

„Eine attraktive Möglichkeit besteht darin, dass Nubes ungewöhnliche Eigenschaften uns zeigen, dass die Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht, eine sehr kleine Masse haben“, sagt Ignacio Trujillo. Wenn ja, würden die ungewöhnlichen Eigenschaften dieser Galaxie als Beweis für die Eigenschaften der Quantenphysik dienen, allerdings auf galaktischer Ebene. Er kommt zu dem Schluss: „Wenn sich diese Hypothese bestätigt, wird es eine der schönsten Manifestationen der Natur sein, die die Welt des Kleinen mit der Welt des Größeren vereint.“

Referenz: „Eine dunkle Galaxie, ungefähr so ​​groß wie die Kleine Magellansche Wolke“ von Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raul Infante-Saenz, Christine Speckens, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'Onofrio, Lee Kelvin und Javier Roman, 9. Januar 2024, Astronomie und Astrophysik.
doi: 10.1051/0004-6361/202347667