Zuerst war die Dunkle Materie, dann die Galaxien

Eine neue Studie des NASA Spitzer Space Teleskop beschreibt die Bildung neuer Galaxien innerhalb Dunkler Materieklumpen. Nun versuchen die zuständigen Forscher, die Theorie zu verallgemeinern und zu detaillieren.

Ein Beitrag von Felix Herrmann. Quelle: NASA News Release.

„Nimm reichlich dunkle Materie, rühre diese dann in riesige Gaswolken unter. Lass sich dieses Gemisch eine Weile setzen und wenn du alles richtig gemacht hast, sollte eine Galaxie aus dem Teig herauskommen.“

Dieses relativ einfache Rezept, um Galaxien herzustellen, kann zwar nicht zu Hause realisiert werden, aber es zeigt, was Astronomen über die Bildung von Galaxien gelernt haben. Es ist wie Brot mit Hefe zu backen. Eine mysteriöse Substanz namens „Dunkle Materie“ ist erforderlich, um die Galaxien wachsen zu lassen.

Jetzt verbessert eine neue Studie vom NASA-Spitzer-Space-Teleskop die Kenntnisse über die wichtigsten Bestandteile einer Galaxie. Der Studie zufolge ist nicht nur Dunkle Materie zur Bildung einer Galaxie nötig, aber eine minimale Menge muss schon vorhanden sein, damit der Vorgang stattfinden kann. Weniger Dunkle Materie würde heißen, keine Galaxie – das kosmische Äquivalent zu einem misslungenem Laib Brot.

„Galaxien werden innerhalb riesiger Dunkler Materieklumpen geboren“, berichtet Dr. Duncan Farrah von der Cornell-Universität, Ithaca, New York. “Wir finden, dass diese Klumpen scheinbar eine bemerkenswerte Übereinstimmung in der Größe von Galaxie zu Galaxie haben.“ Farrah ist der Hauptautor eines Textes, der diese und andere Feststellungen in der jüngsten Ausgabe des „Astrophysical Journal Letters“ beschreibt.

Wie der Name schon sagt, sendet Dunkle Materie kein Licht aus, somit kann kein gewöhnliches Teleskop sie sehen. So genannte Normale Materie, aus denen alle Planeten, Menschen und Himmelsobjekte bestehen, geben elektromagnetische Strahlung oder Licht ab. Im Universum gibt es ungefähr 5mal mehr Dunkle als Normale Materie.

Dunkle Materie besitzt Masse, das heißt, dass ihre Gravitationskräfte auch auf Normale Materie wirken. „Da Dunkle Materie Gravitationskraft besitzt, sammelt sich mehr und mehr Dunkle Materie zu ‚Normalem‘ Gas zusammen“, erzählt der Co- Autor Dr. Jason Surace vom NASA-Spitzer-Wissenschaftszentrum am Kalifornischen Technikinstitut in Pasadena. „Wir wissen, dass das Gas sich möglicherweise in Sterne umwandelt, woraus dann wieder Galaxien entstehen. Aber die Spitzer-Studie sagt voraus, dass dies nicht passieren wird, bis die Dunkle Materie eine kritische Masse erreicht hat.“

NASA/JPL-Caltech
Die Tadpole-Galaxie
(Bild: NASA/JPL-Caltech)

Farrah und seine Kollegen benutzen die Daten der ‚weiträumigen Spitzer-Sondergalaxie-Infrarotvermessung‘ um hunderte von weit entfernten Objekten, ultraleuchtende Infrarotgalaxien genannt, zu studieren. Diese Objekte sind Milliarden Lichtjahre entfernt lokalisiert worden. Diese jungen Galaxien sind unglaublich strahlend und gefüllt mit lauter staubigen Sternbildungsaktivitäten. Anfänglich wurden die Forscher eingesetzt, um die jungen Galaxien und die Dunkle Materie in ihrer Entwicklung und in ihrem Zustand zu verstehen und die Wechselwirkung mit den riesigen Ansammlungen fertig ausgebildeter Galaxien, die das Hauptgeschehen im Universum bestimmen, zu erforschen.

„Sie werden vielleicht denken, das sie Galaxien zufällig im Himmel verteilt sind, wie als würde man einfach ein Hand voll Sand auf den Boden streuen“, erklärt Farrah, „Aber das ist nicht so, und der Grund ist vielleicht, dass sich Dunkle Materie um die jungen Galaxien klumpt und alle anderen anzieht.“

Wenn sie bestimmen, wie fest die ultraleuchtenden Infrarotgalaxien begannen sich zusammenzubündeln, können Farrah und seine Kollegen indirekt sagen, wie stark die Dunkle Materie die Normale Materie angezogen hat. Je dichter die Gruppierung, umso mehr Dunkle Materie war dort vorhanden. Die Forscher haben diese Berechnung für zwei Galaxien mit variierender Distanz zur Erde gemacht.

Genau an dieser Stelle haben sie etwas bemerkt, was nicht dazu passt.

Jede Galaxie, die sie studiert haben, egal wie weit entfernt sie war, schienen die die Galaxien umfassenden Dunklen Materieklumpen ungefähr das selbe Format zu haben, etwa die Masse von 10 Trillionen Sonnenmassen.

Weil die Astronomen keine Galaxie mit weniger als 10 Trillionen Sonnenmassen fanden, glaubten sie, dies muss die Mindestmasse sein, um eine ultraleuchtende Infrarotgalaxie zu formen.

„Diese Dunklen Materieklumpen könnten wie Samen sein, die die Geburt dieser entfernten Galaxien auslösen“, meint Surace. „Vergleichbare Galaxien in der Nähe unseres Universums formen sich in einer völlig anderen Art, also lernen wir etwas, was in einer anderen Epoche unseres Universums angewandt wird, weit zurück in der kosmischen Zeit.“

Ob andere Galaxientypen in ähnlicher Art und Weise erscheinen, ist eine häufig gestellte Frage unter Astronomen. Frühere Studien an hochenergetischen Galaxien, genannt Quasare, haben Hinweise darauf gebracht, dass auch diese Objekte ein Minimum an Dunkler Materie zum wachsen brauchen. Nur in dem Fall können sie auf Dunkle Materie verzichten, wenn der Galaxienteig nicht mehr als 4 oder 5 Trillionen Sonnenmassen besaß.

Es scheint so als, müssten die Astronomen noch eine Weile warten, bis das Universum eines seiner bestgehüteten Familienrezepte preisgibt.

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