Zwerggalaxien: Rätsel um Zwerggalaxien gelöst?
© NASA, ESA, STScI/AURA (Ausschnitt)
Astronomen um Sergey Mashchenko von der McMaster-Universität in Hamilton haben in aufwändigen Simulationen berechnet, wie sich Zwerggalaxien entwickeln. Sie können erklären, warum diese Sterninseln deutlich anders aufgebaut sind, als es die Theorie vorhersagt.
Zwerggalaxien sind der häufigste Galaxientyp im Weltall. Oft verschmelzen sie untereinander und bilden größere Strukturen. Vermutlich entstanden so vor langer Zeit die gigantischen Spiral- und Balkengalaxien, zu denen die Milchstraße gehört. Noch heute wird sie von vielen Zwerggalaxien begleitet.
Astronomen bereitete bislang Kopfzerbrechen, warum die Materie in diesen Mini-Sterninseln anders verteilt ist, als es die Theorie vorhersagt. Das betrifft vor allem die Dunkle Materie – eine rätselhafte, unsichtbare Substanz, die mit "normaler" Materie lediglich durch Schwerkraft wechselwirkt und auf deren Existenz man nur indirekt schließen kann. Dunkle Materie ist in Zwerggalaxien der vorherrschende Stoff, ihre Masse übersteigt die der normalen Materie bei Weitem.
Die gängigen Theorien besagen, dass die Dunkle Materie zum Zentrum der Zwerggalaxien hin immer dichter werden müsste. Das widerspricht astronomischen Beobachtungen, aus denen hervorgeht, dass sie dort breit verschmiert ist: Sie bildet ausgedehnte Blasen mit fast einheitlicher Dichte, in denen es keine Ballungszentren gibt.
Mashchenko und sein Team liefern nun eine Erklärung, warum das so ist. Die Sterne in den Zwerggalaxien (pro Galaxie einige Millionen bis Milliarden) geben jede Menge Energie ins All ab, vor allem durch Sternwinde und Supernova-Explosionen. Diese Energie heizt das dünne Gas zwischen den Sternen auf und verwirbelt es zu lang gezogenen Wolken, so genannten Filamenten, die mit großer Geschwindigkeit durchs All jagen.
Über die Schwerkraft regen diese Filamente die Dunkle Materie zum Schwingen an, sodass auch sie aufgeheizt wird. Das führt dazu, dass sich die Dunkle Materie wie ein heißes Gas großräumig ausdehnt. Ihre anfängliche Ballung im Zentrum der Zwerggalaxien geht dadurch verloren. Mashchenko und seine Kollegen können mit dieser These noch viele andere Fragen beantworten, etwa warum alte Sterne dort über ein größeres Gebiet verteilt sind als junge.
Woraus die Dunkle Materie besteht, ist unbekannt. Die Forscher vermuten, dass sie aus supersymmetrischen Partnern von bekannten Elementarteilchen zusammengesetzt ist – oder aus so genannten Axionen, hypothetischen Teilchen ohne Ladung, die nur schwach wechselwirken. Noch existieren diese Kandidaten bloß in der Theorie, aber die Physiker hoffen, sie in naher Zukunft nachzuweisen, etwa mit Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider bei Genf. (fs)
Zwerggalaxien sind der häufigste Galaxientyp im Weltall. Oft verschmelzen sie untereinander und bilden größere Strukturen. Vermutlich entstanden so vor langer Zeit die gigantischen Spiral- und Balkengalaxien, zu denen die Milchstraße gehört. Noch heute wird sie von vielen Zwerggalaxien begleitet.
Astronomen bereitete bislang Kopfzerbrechen, warum die Materie in diesen Mini-Sterninseln anders verteilt ist, als es die Theorie vorhersagt. Das betrifft vor allem die Dunkle Materie – eine rätselhafte, unsichtbare Substanz, die mit "normaler" Materie lediglich durch Schwerkraft wechselwirkt und auf deren Existenz man nur indirekt schließen kann. Dunkle Materie ist in Zwerggalaxien der vorherrschende Stoff, ihre Masse übersteigt die der normalen Materie bei Weitem.
Die gängigen Theorien besagen, dass die Dunkle Materie zum Zentrum der Zwerggalaxien hin immer dichter werden müsste. Das widerspricht astronomischen Beobachtungen, aus denen hervorgeht, dass sie dort breit verschmiert ist: Sie bildet ausgedehnte Blasen mit fast einheitlicher Dichte, in denen es keine Ballungszentren gibt.
Mashchenko und sein Team liefern nun eine Erklärung, warum das so ist. Die Sterne in den Zwerggalaxien (pro Galaxie einige Millionen bis Milliarden) geben jede Menge Energie ins All ab, vor allem durch Sternwinde und Supernova-Explosionen. Diese Energie heizt das dünne Gas zwischen den Sternen auf und verwirbelt es zu lang gezogenen Wolken, so genannten Filamenten, die mit großer Geschwindigkeit durchs All jagen.
Über die Schwerkraft regen diese Filamente die Dunkle Materie zum Schwingen an, sodass auch sie aufgeheizt wird. Das führt dazu, dass sich die Dunkle Materie wie ein heißes Gas großräumig ausdehnt. Ihre anfängliche Ballung im Zentrum der Zwerggalaxien geht dadurch verloren. Mashchenko und seine Kollegen können mit dieser These noch viele andere Fragen beantworten, etwa warum alte Sterne dort über ein größeres Gebiet verteilt sind als junge.
Woraus die Dunkle Materie besteht, ist unbekannt. Die Forscher vermuten, dass sie aus supersymmetrischen Partnern von bekannten Elementarteilchen zusammengesetzt ist – oder aus so genannten Axionen, hypothetischen Teilchen ohne Ladung, die nur schwach wechselwirken. Noch existieren diese Kandidaten bloß in der Theorie, aber die Physiker hoffen, sie in naher Zukunft nachzuweisen, etwa mit Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider bei Genf. (fs)
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