Keine Spur von Halos aus dunkler Materie

Nach dem Standardmodell der Kosmologie ist die überwiegende Mehrheit der Galaxien von einem Halo aus Teilchen der Dunklen Materie umgeben. Dieser Halo ist unsichtbar, aber seine Masse übt eine starke Anziehungskraft auf Galaxien in der Nähe aus. Eine neue Studie unter Leitung der Universität Bonn (Deutschland) und der University of Saint Andrews (Schottland) stellt diese Sicht des Universums in Frage. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Zwerggalaxien des zweitnächsten Galaxienhaufens der Erde – bekannt als der Fornax-Haufen – frei von solchen Halos aus dunkler Materie sind. Die Studie ist im Fachblatt erschienen Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

Zwerggalaxien sind kleine, schwache Galaxien, die normalerweise in Galaxienhaufen oder in der Nähe größerer Galaxien zu finden sind. Aus diesem Grund könnten sie von den Gravitationseffekten ihrer größeren Begleiter betroffen sein. „Wir stellen eine innovative Methode zum Testen des Standardmodells vor, die darauf basiert, wie stark Zwerggalaxien durch gravitative ‚Gezeiten‘ von nahe gelegenen größeren Galaxien gestört werden“, sagte Elena Asencio, Ph.D. Studentin an der Universität Bonn und Erstautorin der Geschichte. Gezeiten entstehen, wenn die Schwerkraft eines Körpers unterschiedlich auf verschiedene Teile eines anderen Körpers wirkt. Diese ähneln den Gezeiten auf der Erde, die entstehen, weil der Mond auf der dem Mond zugewandten Seite der Erde stärker zieht.

Der Fornax-Cluster hat eine reiche Population von Zwerggalaxien. Jüngste Beobachtungen zeigen, dass einige dieser Zwerge verzerrt erscheinen, als ob sie durch die Umgebung des Haufens gestört worden wären. „Solche Störungen bei den Fornax-Zwergen sind nach dem Standardmodell nicht zu erwarten“, sagt Pavel Kroupa, Professor an der Universität Bonn und der Karls-Universität Prag. „Denn nach dem Standardmodell sollten die Halos aus dunkler Materie dieser Zwerge sie teilweise vor den durch den Cluster aufgewirbelten Gezeiten abschirmen.“

Die Autoren analysierten den zu erwartenden Störungsgrad der Zwerge, der von ihren inneren Eigenschaften und ihrer Entfernung zum gravitationsstarken Haufenzentrum abhängt. Galaxien mit großen Größen, aber geringer Sternmasse und Galaxien in der Nähe des Haufenzentrums werden leichter gestört oder zerstört. Sie verglichen die Ergebnisse mit ihrem beobachteten Störungsgrad, der aus Fotos hervorgeht, die vom VLT Survey Telescope der Europäischen Südsternwarte aufgenommen wurden.

Elena Asencio sagt: „Der Vergleich hat gezeigt, dass, wenn man die Beobachtungen im Standardmodell erklären will. Die Fornax-Zwerge sollten bereits durch die Schwerkraft aus dem Clusterzentrum zerstört werden, selbst wenn die Gezeiten, die sie auf einen Zwerg hebt, vierundsechzigmal schwächer sind als die eigene Schwerkraft des Zwergs.“ Dies ist nicht nur kontraintuitiv, sagte sie, es widerspricht auch früheren Studien, die herausfanden, dass die äußere Kraft, die erforderlich ist, um eine Zwerggalaxie zu stören, ungefähr der Eigengravitation des Zwergs entspricht.

Widerspruch zum Standardmodell

Daraus schlossen die Autoren, dass es im Standardmodell nicht möglich ist, die beobachteten Morphologien der Fornax-Zwerge in sich widerspruchsfrei zu erklären. Sie wiederholten die Analyse unter Verwendung der Milgromian-Dynamik (MOND). Anstatt Halos aus dunkler Materie anzunehmen, die Galaxien umgeben, schlägt die MOND-Theorie eine Korrektur der Newtonschen Dynamik vor, durch die die Gravitation einen Schub im Bereich niedriger Beschleunigungen erfährt.

„Wir waren uns nicht sicher, ob die Zwerggalaxien in der Lage sein würden, die extreme Umgebung eines Galaxienhaufens in MOND zu überleben, da in diesem Modell keine schützenden Halos aus dunkler Materie vorhanden sind“, sagte Dr. Indranil Banik von der University of St. Andrews. „Aber unsere Ergebnisse zeigen eine bemerkenswerte Übereinstimmung zwischen den Beobachtungen und den MOND-Erwartungen für das Ausmaß der Störung der Fornax-Zwerge.“

„Es ist aufregend zu sehen, dass die Daten, die wir mit dem VLT-Durchmusterungsteleskop erhalten haben, einen so gründlichen Test kosmologischer Modelle ermöglichten“, sagten Aku Venhola von der Universität Oulu (Finnland) und Steffen Mieske von der Europäischen Südsternwarte, Co-Autoren von die Studium.

Dies ist nicht das erste Mal, dass eine Studie, die die Wirkung von Dunkler Materie auf die Dynamik und Entwicklung von Galaxien testet, zu dem Schluss kommt, dass Beobachtungen besser erklärt werden können, wenn sie nicht von Dunkler Materie umgeben sind. „Die Zahl der Veröffentlichungen, die Inkompatibilitäten zwischen Beobachtungen und dem Paradigma der Dunklen Materie zeigen, nimmt von Jahr zu Jahr zu. Es ist an der Zeit, mehr Ressourcen in vielversprechendere Theorien zu investieren“, sagte Pavel Kroupa, Mitglied der transdisziplinären Forschungsbereiche Modellierung und Materie an der Universität von Bonn.

Dr. Hongsheng Zhao von der University of St. Andrews fügte hinzu, dass ihre „Ergebnisse große Auswirkungen auf die grundlegende Physik haben. Wir erwarten, dass wir mehr gestörte Zwerge in anderen Haufen finden, eine Vorhersage, die andere Teams überprüfen sollten.“