NASA-Teleskop soll dabei helfen, das Wachstum von Galaxien und die Zusammensetzung der Dunklen Materie zu entwirren

Das römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA wird feine Sternenströme untersuchen, die sich weit über die scheinbaren Ränder vieler Galaxien hinaus erstrecken. Missionen wie die Weltraumteleskope Hubble und James Webb müssten Hunderte von kleinen Bildern zusammenfügen, um diese Strukturen um nahe gelegene Galaxien vollständig zu sehen. Roman wird dies in einem einzigen Schnappschuss tun. Astronomen werden diese Beobachtungen nutzen, um zu erforschen, wie Galaxien wachsen und die Natur dunkler Materie.

Sternströme sehen aus wie ätherische Haarsträhnen, die sich von einigen Galaxien nach außen erstrecken und als Teil des Halo friedlich durch den Weltraum treiben – eine kugelförmige Region, die eine Galaxie umgibt. Aber diese stellaren Überflüge sind Zeichen eines uralten kosmischen Dramas, das als fossile Aufzeichnungen der Vergangenheit einer Galaxie dient. Ihr Studium verwandelt Astronomen in galaktische Archäologen.

„Halos werden hauptsächlich aus Sternen hergestellt, die von anderen Galaxien entfernt wurden“, sagte Tjitske Starkenburg, Postdoktorandin an der Northwestern University in Evanston, Illinois, die das Potenzial von Roman auf diesem Gebiet untersuchte. „Romans breite, tiefe Bilder werden scharf genug sein, dass wir einzelne Sterne in den Halos anderer Galaxien auflösen können, wodurch es zum ersten Mal möglich wird, Sternströme in einer großen Anzahl von Galaxien zu untersuchen.“

Das Team unter der Leitung von Starkenburg wird seine Ergebnisse heute auf dem 240. Treffen der American Astronomical Society in Pasadena, Kalifornien, vorstellen.

Galaktischer Kannibalismus, gestohlene Sterne

Simulationen stützen die Theorie, dass Galaxien teilweise wachsen, indem sie kleinere Gruppen von Sternen verschlingen. Eine von einer größeren in den Orbit eingefangene Zwerggalaxie wird durch die Schwerkraft verzerrt. Seine Sterne sprühen heraus, ziehen Bögen und Schleifen um die größere Galaxie, bis sie schließlich zu ihren neuesten Mitgliedern werden.

„Wenn einzelne Sterne aus der Zwerggalaxie austreten und in die massereichere fallen, bilden sie lange, dünne Ströme, die Milliarden von Jahren intakt bleiben“, sagte Sarah Pearson, Postdoktorandin für Hubble an der New York University in New York City und der Hauptautor einer separaten Studie, die ebenfalls in veröffentlicht wurde Das Astrophysikalische Journal, über die geplanten Beobachtungen der Mission in diesem Bereich. „Sternenströme bergen also Geheimnisse aus der Vergangenheit und können Milliarden von Jahren der Evolution erhellen.“

Astronomen haben diesen kannibalistischen Prozess mit Teleskopen wie dem Gaia-Satelliten der ESA (Europäische Weltraumorganisation) auf frischer Tat ertappt, der fein abgestimmt ist, um die Positionen und Bewegungen von Sternen in unserer Milchstraße zu messen. Roman wird diese Beobachtungen erweitern, indem er ähnliche Messungen an Sternen sowohl in der Milchstraße als auch in anderen Galaxien durchführt.

Die Milchstraße beherbergt mindestens 70 Sternströme, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich mindestens 70 Zwerggalaxien oder Kugelsternhaufen gefressen hat – Gruppen von Hunderttausenden von gravitativ gebundenen Sternen. Romans Bilder der Milchstraße könnten es Astronomen ermöglichen, Schnappschüsse rechtzeitig aneinander zu reihen, um die Bewegung der Sterne zu zeigen. Das wird uns helfen zu verstehen, woraus dunkle Materie besteht – unsichtbare Materie, die wir nur durch ihre Gravitationswirkung auf sichtbare Objekte erkennen können.

Eine Theorie besagt, dass dunkle Materie „kalt“ ist oder aus schweren, trägen Teilchen besteht. Wenn dies der Fall ist, sollte es sich in Galaxienhalos zusammenballen, was die Sternströme auf eine Weise stören würde, die Roman sehen konnte. Indem er diese Verzerrungen entweder entdeckte oder ausschloss, konnte Roman die Kandidaten dafür eingrenzen, woraus dunkle Materie bestehen könnte.

Astronomen freuen sich auch darauf, Sternströme in mehreren Nachbargalaxien der Milchstraße zu untersuchen. Sie sind in anderen Galaxien nicht gut untersucht, weil sie so schwach und weit entfernt sind. Sie sind auch so groß, dass sie eine ganze Galaxie umhüllen können. Es braucht einen unvergleichlichen Panoramablick wie den von Roman, um Bilder aufzunehmen, die sowohl groß als auch detailliert genug sind, um sie zu sehen.

Besonders schwer fassbare Sternströme, die sich bildeten, als die Milchstraße Sterne aus Kugelsternhaufen absaugte, wurden zuvor entdeckt, aber sie wurden noch nie in anderen Galaxien gefunden. Sie sind schwächer, weil sie weniger Sterne enthalten, was es viel schwieriger macht, sie in anderen, weiter entfernten Galaxien zu entdecken.

Roman könnte sie zum ersten Mal überhaupt in mehreren unserer Nachbargalaxien nachweisen. Die weite, scharfe, tiefe Sicht der Mission sollte sogar einzelne Sterne in diesen riesigen, düsteren Strukturen zeigen. In einer früheren Studie, veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal Pearson leitete die Entwicklung eines Algorithmus zur systematischen Suche nach Sternenströmen, die von Kugelsternhaufen in benachbarten Galaxien stammen.

Starkenburgs neue Studie ergänzt das Bild, indem sie vorhersagt, dass Roman in der Lage sein sollte, Dutzende von Strömen in anderen Galaxien zu entdecken, die aus Zwerggalaxien stammen, und bietet beispiellose Einblicke in die Art und Weise, wie Galaxien wachsen.

„Es ist aufregend, mehr über unsere Milchstraße zu erfahren, aber wenn wir die Entstehung von Galaxien und dunkle Materie wirklich verstehen wollen, brauchen wir eine größere Probengröße“, sagte Starkenburg. „Die Untersuchung von Sternströmen in anderen Galaxien mit Roman wird uns helfen, das Gesamtbild zu sehen.“