Eine neue Studie, die gemeinhin als langlebige Satelliten unserer Galaxie gilt, findet nun Hinweise darauf, dass die meisten Zwerggalaxien tatsächlich bald nach ihrem Eintritt in den galaktischen Halo zerstört werden könnten.
Dank des neuesten Katalogs des ESA-Satelliten Gaia hat ein internationales Team nun nachgewiesen, dass Zwerggalaxien möglicherweise aus dem Gleichgewicht geraten.
Veröffentlicht im Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, die Studie wirft wichtige Fragen zum kosmologischen Standardmodell auf, insbesondere zur Verbreitung dunkler Materie in unserer nächsten Umgebung.
Lange wurde angenommen, dass es sich bei den Zwerggalaxien rund um die Milchstraße um antike Satelliten handelt, die unsere Galaxie seit fast 10 Milliarden Jahren umkreisen. Dazu mussten sie große Mengen dunkler Materie enthalten, um sie vor den enormen Gezeiteneffekten aufgrund der Anziehungskraft unserer Galaxie zu schützen. Es wurde angenommen, dass dunkle Materie die großen Unterschiede in den Geschwindigkeiten der Sterne innerhalb dieser Zwerggalaxien verursachte.
Die neuesten Gaia-Daten haben nun ein völlig anderes Bild der Eigenschaften von Zwerggalaxien offenbart. Astronomen des Pariser Observatoriums PSL, des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) und des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) konnten die Geschichte der Milchstraße dank der Beziehung, die die Orbitalenergie verbindet, datieren ein Objekt für die Epoche seines Eintritts in den Halo, der Zeit, in der es zum ersten Mal vom Gravitationsfeld der Milchstraße erfasst wurde: Objekte, die früh ankamen, als die Milchstraße noch weniger massereich war, haben niedrigere Umlaufenergien als kürzlich angekommene Objekte.
Die Umlaufenergien der meisten Zwerggalaxien sind überraschenderweise wesentlich größer als die der Sagittarius-Zwerggalaxie, die vor 5 bis 6 Milliarden Jahren in den Halo eintrat. Dies bedeutet, dass die meisten Zwerggalaxien erst vor viel jüngerer Zeit entstanden sind, nämlich vor weniger als drei Milliarden Jahren.
Eine solche kürzliche Ankunft impliziert, dass die nahegelegenen Zwerggalaxien von außerhalb des Halos kommen, wo fast alle Zwerggalaxien riesige Reservoire an neutralem Gas enthalten. Die gasreichen Galaxien verloren ihr Gas, als sie mit dem heißen Gas des galaktischen Halos kollidierten. Die dabei auftretenden heftigen Erschütterungen und Turbulenzen veränderten die Zwerggalaxien völlig.
Während die zuvor gasreichen Zwerggalaxien von der Rotation von Gas und Sternen dominiert wurden, wird ihre Schwerkraft bei der Umwandlung in gasfreie Systeme durch die zufälligen Bewegungen ihrer verbleibenden Sterne ausgeglichen.
Zwerggalaxien verlieren ihr Gas in einem so heftigen Prozess, dass sie dadurch aus dem Gleichgewicht geraten, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit ihrer Sterne nicht mehr im Gleichgewicht mit ihrer Gravitationsbeschleunigung steht. Die kombinierten Auswirkungen von Gasverlust und Gravitationsschocks aufgrund des Eintauchens in die Galaxie erklären gut die weit verbreiteten Geschwindigkeiten der Sterne innerhalb des Überrestes der Zwerggalaxie.
Eine der Kuriositäten dieser Studie ist die Rolle der Dunklen Materie. Erstens verhindert das Fehlen eines Gleichgewichts jede Schätzung der dynamischen Masse der Milchstraßen-Zwerge und ihres Gehalts an dunkler Materie.
Zweitens: Während im vorherigen Szenario die Dunkle Materie die vermeintliche Stabilität von Zwerggalaxien schützte, wird die Berufung auf Dunkle Materie für Objekte, die aus dem Gleichgewicht geraten sind, eher umständlich. Hätte der Zwerg bereits viel Dunkle Materie enthalten, hätte er tatsächlich seine ursprünglich rotierende Sternscheibe stabilisiert und so die beobachtete Umwandlung des Zwergs in eine Galaxie mit zufälligen Sternbewegungen verhindert.
Die beschriebene jüngste Ankunft von Zwerggalaxien und ihre Transformationen im Halo erklären gut viele beobachtete Eigenschaften dieser Objekte, insbesondere warum sie Sterne in großer Entfernung von ihrem Zentrum haben. Ihre Eigenschaften scheinen mit der Abwesenheit dunkler Materie vereinbar zu sein, im Gegensatz zu der bisherigen Auffassung, dass Zwerggalaxien die am stärksten von dunkler Materie dominierten Objekte sind.
Nun stellen sich viele Fragen, wie zum Beispiel: Wo sind die vielen von Dunkler Materie dominierten Zwerggalaxien, die das kosmologische Standardmodell um die Milchstraße herum erwartet? Wie können wir auf den Gehalt an dunkler Materie in einer Zwerggalaxie schließen, wenn kein Gleichgewicht angenommen werden kann? Welche anderen Beobachtungen könnten zwischen den vorgeschlagenen aus dem Gleichgewicht geratenen Zwerggalaxien und dem klassischen Bild mit Zwerggalaxien, die von dunkler Materie dominiert werden, unterscheiden?
Mehr Informationen:
Francois Hammer et al., Die Akkretionsgeschichte der Milchstraße – II. Interne Kinematik von Kugelsternhaufen und Zwerggalaxien, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (2023). An arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2311.05677