Jeder weiß, dass Galaxien enorme Ansammlungen von Sternen sind. Eine einzelne Galaxie kann Hunderte von Milliarden davon enthalten. Aber es gibt eine Art Galaxie, die keine Sterne hat. Das ist richtig: Null Sterne.
Diese Galaxien werden Dunkle Galaxien oder Dunkle Materie-Galaxien genannt. Und anstatt aus Sternen zu bestehen, bestehen sie hauptsächlich aus Dunkler Materie. Die Theorie sagt voraus, dass es viele dieser dunklen Zwerggalaxien im Heiligenschein um „normale“ Galaxien geben sollte, aber es war schwierig, sie zu finden.
In einem neuen Artikel, der im Astrophysical Journal veröffentlicht werden soll, geben Yashar Hezaveh von der Stanford University in Kalifornien und sein Team von Kollegen die Entdeckung eines solchen Objekts bekannt. Das Team nutzte die erweiterten Fähigkeiten des Atacamas Large Millimeter Array, um einen Einsteinring zu untersuchen, der so genannt wurde, weil Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie das Phänomen lange vor seiner Beobachtung vorhergesagt hatte.
Ein Einsteinring ist, wenn die massive Schwerkraft eines nahen Objekts das Licht von einem viel weiter entfernten Objekt verzerrt. Sie funktionieren ähnlich wie die Linse in einem Teleskop oder sogar einer Brille. Die Masse des Glases in der Linse lenkt das einfallende Licht so, dass entfernte Objekte vergrößert werden.
Einsteinringe und Gravitationslinsen ermöglichen es Astronomen, extrem entfernte Objekte zu untersuchen, indem sie sie durch eine Schwerkraftlinse betrachten. Sie ermöglichen es den Astronomen aber auch, mehr über die Galaxie zu erfahren, die als Linse fungiert, was in diesem Fall der Fall war.
Wenn eine Glaslinse winzige Wasserflecken hätte, würden diese Flecken dem Bild eine winzige Verzerrung hinzufügen. Dies geschah in diesem Fall, außer dass mikroskopische Wassertropfen auf einer Linse die Verzerrungen durch winzige Zwerggalaxien verursachten, die aus Dunkler Materie bestanden. „Wir können diese unsichtbaren Objekte genauso finden, wie Sie Regentropfen auf einem Fenster sehen können. Sie wissen, dass sie dort sind, weil sie das Bild der Hintergrundobjekte verzerren “, erklärte Hezaveh. Der Unterschied besteht darin, dass Wasser Licht durch Brechung verzerrt, während Materie Licht durch Schwerkraft verzerrt.
Als die ALMA-Einrichtung ihre Auflösung erhöhte, untersuchten Astronomen verschiedene astronomische Objekte, um ihre Fähigkeiten zu testen. Eines dieser Objekte war SDP81, die Gravitationslinse im obigen Bild. Als sie die weiter entfernte Galaxie untersuchten, die von SDP81 erfasst wurde, entdeckten sie kleinere Verzerrungen im Ring der entfernten Galaxie. Hezaveh und sein Team kommen zu dem Schluss, dass diese Verzerrungen die Anwesenheit einer dunklen Zwerggalaxie signalisieren.
Aber warum ist das alles wichtig? Weil es im Universum ein Problem gibt oder zumindest in unserem Verständnis davon; ein Problem der fehlenden Masse.
Unser Verständnis der Bildung der Struktur des Universums ist zumindest im größeren Maßstab ziemlich solide. Vorhersagen, die auf diesem Modell basieren, stimmen mit Beobachtungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) und der Galaxienhaufen überein. Aber unser Verständnis bricht etwas zusammen, wenn es um die kleinere Struktur des Universums geht.
Ein Beispiel für unser Unverständnis in diesem Bereich ist das sogenannte Missing Satellite Problem. Die Theorie sagt voraus, dass es eine große Population von sogenannten Sub-Halo-Objekten im Halo der dunklen Materie geben sollte, die Galaxien umgibt. Diese Objekte können von so großen Objekten wie den Magellanschen Wolken bis zu viel kleineren Objekten reichen. Bei Beobachtungen der lokalen Gruppe besteht ein ausgeprägtes Defizit dieser Objekte in Höhe eines Faktors von 10 im Vergleich zu theoretischen Vorhersagen.
Da wir sie nicht gefunden haben, muss eines von zwei Dingen passieren: Entweder können wir sie besser finden oder wir modifizieren unsere Theorie. Es scheint jedoch etwas zu früh, unsere Theorien über die Struktur des Universums zu ändern, da wir nichts gefunden haben, was von Natur aus schwer zu finden ist. Deshalb ist diese Ankündigung so wichtig.
Die Beobachtung und Identifizierung einer dieser dunklen Zwerggalaxien sollte die Tür zu mehr öffnen. Sobald wir wieder gefunden sind, können wir beginnen, ein Modell ihrer Bevölkerung und Verteilung zu erstellen. Wenn also in Zukunft mehr dieser dunklen Zwerggalaxien gefunden werden, wird dies allmählich unser übergreifendes Verständnis der Entstehung und Struktur des Universums bestätigen. Und es bedeutet, dass wir auf dem richtigen Weg sind, um die Rolle der Dunklen Materie im Universum zu verstehen. Wenn wir sie nicht finden können und sich herausstellt, dass die an den Halo von SDP81 gebundene Anomalie eine Anomalie ist, geht sie theoretisch zurück zum Zeichenbrett.
Es dauerte eine Menge Pferdestärken, um die an SDP81 gebundene Dwarf Dark Galaxy zu entdecken. Einsteinringe wie SDP81 müssen eine enorme Masse haben, um einen Gravitationslinseneffekt auszuüben, während dunkle Zwerggalaxien im Vergleich winzig sind. Es ist ein klassisches "Nadel im Heuhaufen" -Problem, und Hezaveh und sein Team benötigten enorme Rechenleistung, um die Daten von ALMA zu analysieren.
ALMA und die von Hezaveh und seinem Team entwickelte Methodik werden hoffentlich in Zukunft mehr Licht auf die dunklen Galaxien der Zwerge werfen. Das Team ist der Ansicht, dass ALMA ein großes Potenzial hat, mehr dieser Halo-Objekte zu entdecken, was wiederum unser Verständnis der Struktur des Universums verbessern sollte. Wie sie am Ende ihres Beitrags sagen: „… ALMA-Beobachtungen haben das Potenzial, unser Verständnis der Fülle der Substruktur der Dunklen Materie erheblich zu verbessern.“
