Schiefe Galaxien geben Aufschluss über die Geschwindigkeit der Dunklen Materie

In neuer Forschung veröffentlicht In Astronomie und AstrophysikForscher haben herausgefunden, wie sich die Kräfte, die in Gezeitenzyklen auf Galaxien einwirken, genau berechnen lassen. Der nächste Schritt besteht darin, Galaxien im Universum zu finden, die ausreichend schief sind, um die Geschwindigkeit der Dunklen Materie relativ zu den Galaxien zu untersuchen.

Wie lässt sich also die Geschwindigkeit der Dunklen Materie messen? Voraussetzung ist, im Universum eine Galaxie zu finden, die sich relativ zur Dunklen Materie bewegt. Da im Universum alles in Bewegung ist und es viel dunkle Materie gibt, ist es nicht schwer, solche Galaxien zu finden.

Schwere Objekte wie Galaxien ziehen alle Arten von Materie an, sei es dunkle Materie oder sichtbare Materie, der wir täglich begegnen. Wenn sich dunkle Materie an einer Galaxie vorbeibewegt, beginnt die Galaxie, die Teilchen der dunklen Materie zu sich zu ziehen. Allerdings benötigt die Änderung der Geschwindigkeitsrichtung der Teilchen Zeit. Bevor sich ihre Flugbahn in Richtung Galaxie dreht, schaffen sie es bereits, die Galaxie zu passieren.

Somit dringen Teilchen der Dunklen Materie nicht in die Galaxie ein, sondern bewegen sich hinter der Galaxie (siehe Video unten). Hinter der Galaxie nimmt daher die Materiedichte zu, was zu einer Verlangsamung der Galaxie führt – ein Phänomen, das dynamische Reibung genannt wird. Die Stärke der dynamischen Reibung wiederum hängt davon ab, wie schnell Teilchen der Dunklen Materie die Galaxie passieren, also wie lange die Galaxie Zeit hat, die Flugbahn der Teilchen der Dunklen Materie zu ändern. Wenn sich Teilchen langsam bewegen, nimmt die Dichte der Materie näher an der Galaxie zu, wodurch sie stärker verlangsamt wird.

Im Video stellt der grüne Punkt eine Galaxie dar, und die oberen Felder zeigen die Bewegung von Teilchen der Dunklen Materie an der Galaxie vorbei (falls im entsprechenden Feld eine Galaxie existiert). Die unteren Felder zeigen die Form aller Flugbahnen und zeigen, dass das Schwerkraftfeld einer Galaxie die Materieteilchen beeinflusst und eine Überdichte hinter der Galaxie erzeugt. Überdichte wiederum verlangsamt die Galaxie und verzerrt ihre Form.

Nehmen wir an, dass die Galaxie, die die dynamische Reibung verursacht, nicht winzig, sondern groß ist. In diesem Fall erzeugt die dahinter liegende Überdichte an verschiedenen Punkten der Galaxie Reibung unterschiedlicher Stärke, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Der Reibungsunterschied führt dazu, dass die Form der Galaxie schiefer wird. Wir erleben auf der Erde eine ähnliche Formveränderung wie Gezeitenzyklen – Flut und Ebbe, verursacht durch die Schwerkraft des Mondes.

Es spielt keine Rolle, wie groß die Teilchen der Dunklen Materie letztendlich werden – ihre Umlaufbahn verläuft immer noch hinter der Galaxie. Die Methode könnte möglicherweise keine genauen Ergebnisse liefern, wenn die Teilchengröße mit der Größe der Galaxien selbst vergleichbar wäre. Diese Dunkle-Materie-Modelle sind jedoch bereits ausgeschlossen.

Die schiefen Galaxien selbst zu finden ist nicht schwierig, da sie etwa 30 % aller Galaxien im Weltraum ausmachen. Natürlich hängt viel davon ab, wie weit man in die äußeren Teile einer Galaxie blickt und ab welchem ​​Grad der Schiefheit eine Galaxie als schief gilt.

Außerdem ist die schiefe Form einer Galaxie möglicherweise nicht nur auf dynamische Reibung zurückzuführen. Dafür gibt es noch eine Reihe anderer Gründe. Beispielsweise können Galaxien, die nach der Kollision mehrerer Galaxien entstanden sind, asymmetrisch sein. In diesem Fall sollten wir jedoch in der Lage sein, irgendwo im Inneren der Galaxie den Kern einer anderen Galaxie oder einen größeren Sternhalo zu entdecken. Eine galaktische Schieflage kann auch durch einen ständigen Gaszufluss verursacht werden. In solchen Situationen wird es einige Milliarden Jahre dauern, bis sich die Form der Galaxie erholt.

Um die Geschwindigkeiten der Dunklen Materie zu messen, benötigen wir daher eine einseitige Galaxie, die möglichst isoliert von anderen Galaxien ist. In diesem Fall ist es sicherer, dass ihm außer dem Durchgang dunkler Materie nichts passiert ist.

Die Kosmologie ist ein wichtiges Testgebiet der theoretischen Physik. Die Berechnung der Geschwindigkeit der Dunklen Materie kann wichtig sein, um neue Modelle der Dunklen Materie zu testen und den Schleier der Geheimhaltung über die Natur der Dunklen Materie zu lüften.