Dunkle Materie "fehlt" in einer Galaxie weit, weit weg

Der Schlüssel zur dunklen Materie Doku HD 2018 (Juni 2019).

Anonim

Galaxien und dunkle Materie gehen Hand in Hand; Normalerweise findet man das eine nicht ohne das andere. Als Forscher eine Galaxie entdeckten, die als NGC1052-DF2 bekannt ist, die fast völlig frei von dem Zeug ist, waren sie schockiert.

"Eine Galaxie ohne Dunkle Materie zu finden, ist unerwartet, weil diese unsichtbare, mysteriöse Substanz der dominanteste Aspekt jeder Galaxie ist", sagte Hauptautor Pieter van Dokkum von der Yale University. "Jahrzehntelang dachten wir, dass Galaxien ihr Leben als Blobs der Dunklen Materie beginnen. Danach passiert alles andere: Gas fällt in die Halos der Dunklen Materie, das Gas wird zu Sternen, sie bauen sich langsam auf, dann enden Galaxien wie die Milchstraße. NGC1052-DF2 stellt die Standardvorstellungen darüber in Frage, wie wir glauben, dass Galaxien entstehen. "

Die Studie, die in der Zeitschrift Nature vom 29. März veröffentlicht wurde, sammelte Daten von den Zwillingen Gemini North und WM Keck, sowohl auf Maunakea, Hawai'i, dem Hubble-Weltraumteleskop und anderen Teleskopen auf der ganzen Welt.

Angesichts ihrer Größe und ihres schwachen Aussehens klassifizieren Astronomen NGC1052-DF2 als eine ultra-diffuse Galaxie, eine relativ neue Art von Galaxie, die erstmals im Jahr 2015 entdeckt wurde. Ultradifflexe Galaxien sind überraschend häufig. Aber keine andere Galaxie dieses Typs, die bisher entdeckt wurde, hat so wenig dunkle Materie.

"NGC1052-DF2 ist eine Kuriosität, sogar in dieser ungewöhnlichen Klasse von Galaxien", sagte Shany Danieli, eine Absolventin der Yale University im Team.

Um noch tiefer in diese einzigartige Galaxie einzutauchen, verwendete das Team den Gemini Multi Object Spectrograph (GMOS), um detaillierte Bilder von NGC1052-DF2 zu erfassen, seine Struktur zu bewerten und zu bestätigen, dass die Galaxie keine Anzeichen von Wechselwirkungen mit anderen Galaxien aufwies.

"Ohne die Gemini-Bilder, die die Morphologie der Galaxie analysieren würden, hätten wir keinen Kontext für den Rest der Daten gehabt", sagte Danieli. "Auch die Bestätigung von Gemini, dass NGC1052-DF2 derzeit nicht mit einer anderen Galaxie interagiert, wird uns helfen, Fragen zu den Bedingungen seiner Geburt zu beantworten."

Van Dokkum und sein Team haben NGC1052-DF2 zum ersten Mal mit dem Dragonfly Telephoto Array entdeckt, einem maßgeschneiderten Teleskop in New Mexico, mit dem sie diese geisterhaften Galaxien finden konnten. Der Vergleich von NGC1052-DF2 mit Bildern aus dem Dragonfly Tele-Array und dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ergab einen starken Kontrast. Die Dragonfly-Bilder zeigen ein schwaches "blobartiges" Objekt, während SDSS-Daten eine Sammlung relativ heller punktförmiger Quellen zeigen.

Zusätzlich zu den Gemini-Beobachtungen sezierte das Team das Licht mehrerer heller Quellen innerhalb von NGC1052-DF2 mit Kecks Deep Imaging Multi-Objekt-Spektrographen (DEIMOS) und Low-Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) Kugelsternhaufen. Diese Cluster sind große kompakte Gruppen von Sternen, die den galaktischen Kern umkreisen.

Die Spektraldaten der Keck-Teleskope zeigten, dass sich die Kugelsternhaufen viel langsamer bewegten als erwartet. Je langsamer sich die Objekte in einem System bewegen, desto weniger Masse gibt es in diesem System. Die Berechnungen des Teams zeigen, dass die gesamte Masse in der Galaxie der Masse der Sterne zugeordnet werden kann, was bedeutet, dass es in NGC1052-DF2 fast keine Dunkle Materie gibt.

"Wenn es dunkle Materie überhaupt gibt, ist es sehr wenig", erklärte van Dokkum. "Die Sterne in der Galaxie können für die gesamte Masse verantwortlich sein und es scheint keinen Platz für dunkle Materie zu geben."

"Keck ist in einer sehr kleinen Gruppe von Teleskopen, die diese Beobachtungen sogar versuchen könnten, weil man ein großes Teleskop benötigt, um diese genauen Geschwindigkeiten zu messen", fügte van Dokkum hinzu. "Keck hat auch einige der besten Spektrographen der Welt, um die Geschwindigkeiten von schwachen Objekten zu messen. Wir hatten die Möglichkeit zu überprüfen und sicherzustellen, dass wir innerhalb der Unsicherheiten das gleiche Ergebnis haben, und das gab uns die Zuversicht, dass wir die Dinge richtig machen. "

Die Ergebnisse des Teams zeigen, dass Dunkle Materie von Galaxien trennbar ist. "Diese Entdeckung zeigt, dass die Dunkle Materie real ist - sie hat ihre eigene Existenz neben anderen Komponenten von Galaxien", sagte van Dokkum.

Die Kugelsternhaufen und die atypische Struktur von NGC1052-DF2 haben die Astronomen verblüfft, die versuchen, die Bedingungen zu bestimmen, unter denen diese Galaxie entstanden ist.

"Es ist, als würdest du eine Galaxie nehmen und du hättest nur den stellaren Halo und die Kugelsternhaufen, und es hat irgendwie vergessen, alles andere zu machen", sagte van Dokkum. "Es gibt keine Theorie, die diese Arten von Galaxien vorhergesagt hat. Die Galaxie ist ein komplettes Mysterium, da alles daran seltsam ist. Wie Sie tatsächlich eines dieser Dinge bilden, ist völlig unbekannt."

Forscher haben jedoch einige Ideen. NGC1052-DF2 befindet sich etwa 65 Millionen Lichtjahre entfernt in einer Ansammlung von Galaxien, die von der riesigen elliptischen Galaxie NGC 1052 dominiert wird. Die Galaxienentstehung ist turbulent und heftig, und van Dokkum deutet darauf hin, dass das Wachstum der noch jungen massereichen Galaxie vor Milliarden von Jahren möglich sein könnte spielte eine Rolle bei NGC1052-DF2s Mangel an dunkler Materie.

Eine andere Idee ist, dass ein kataklysmes Ereignis innerhalb der Sonderling-Galaxie, wie die Geburt von unzähligen massereichen Sternen, die gesamte Gas- und Dunkle Materie weggefegt hat und die Sternentstehung gestoppt hat.

Diese Möglichkeiten sind jedoch spekulativ und erklären nicht alle Eigenschaften der beobachteten Galaxie, fügen die Forscher hinzu.

Das Team setzt die Suche nach Galaxien mit dunkler Materie fort. Sie analysieren Hubble-Bilder von 23 anderen diffusen Galaxien. Drei von ihnen scheinen Ähnlichkeiten mit NGC1052-DF2 zu haben, die van Dokkum in den kommenden Monaten am Keck-Observatorium verfolgen will.

"Jede Galaxie, die wir vorher kannten, hat dunkle Materie, und alle fallen in vertraute Kategorien wie spiralförmige oder elliptische Galaxien", sagte van Dokkum. "Aber was würdest du bekommen, wenn es überhaupt keine dunkle Materie gäbe? Vielleicht würdest du das bekommen."

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