Zwei unscheinbare Galaxien am Rand des Fornax-Haufens beschäftigen derzeit die Astronomie. Die Systeme FCC 224 und FCC 240 könnten zu einer seltenen Klasse von Galaxien gehören, die deutlich weniger Dunkle Materie enthalten als nach den gängigen Modellen zu erwarten wäre. Sollte sich dieser Verdacht bestätigen, wäre das ein weiterer Hinweis darauf, dass die Entstehung mancher Galaxien komplexer verläuft als bisher angenommen.
Die Ergebnisse stammen von einem Forschungsteam um Maria Luísa Buzzo von der Yale University. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten die beiden Galaxien mit dem Instrument MUSE am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile. Ihre Analyse erschien zunächst als Preprint auf dem Server arXiv.
Inhaltsverzeichnis
Warum diese Galaxien Astronomen beschäftigen
Dunkle Materie gilt als grundlegender Baustein des Universums. Nach heutigen Schätzungen macht sie rund 85 % der gesamten Materie aus. Obwohl sie nicht direkt beobachtet werden kann, verrät sie sich durch ihre Schwerkraft. Ohne Dunkle Materie lassen sich die Bewegungen von Sternen und Galaxien in vielen Fällen nicht erklären.
Gerade deshalb sorgen sogenannte ultradiffuse Galaxien seit Jahren für Diskussionen. Diese Systeme erreichen oft die Ausdehnung der Milchstraße, enthalten aber nur einen Bruchteil ihrer Sterne. Wegen ihrer geringen Helligkeit werden sie oft als „Geistergalaxien“ bezeichnet.
Einige dieser Galaxien scheinen besonders viel Dunkle Materie zu besitzen. Andere liefern Hinweise auf das genaue Gegenteil. Zu den bekanntesten Beispielen zählen die Galaxien NGC 1052-DF2 und NGC 1052-DF4. Bereits ihre Entdeckung löste eine kontroverse Debatte aus.
Denn nicht alle Fachleute akzeptieren die Interpretation, dass diese Galaxien ungewöhnlich wenig Dunkle Materie enthalten. Kritikerinnen und Kritiker verwiesen auf mögliche Unsicherheiten bei Entfernungsbestimmungen und Massenberechnungen. Andere Studien kamen dagegen zu dem Schluss, dass die ursprünglichen Ergebnisse grundsätzlich Bestand haben könnten. Vor diesem Hintergrund sind neue Kandidaten besonders interessant.
Was ist der Fornax-Galaxienhaufen?
Der Fornax-Galaxienhaufen ist eine Ansammlung von Galaxien im Sternbild Fornax, dem „Chemischen Ofen“. Er liegt rund 60 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und gehört damit zu den nächstgelegenen Galaxienhaufen außerhalb unserer Lokalen Gruppe.
Obwohl Fornax kleiner ist als der bekannte Virgo-Galaxienhaufen, gilt er als wichtiges Untersuchungsgebiet der Astronomie. Forschende können dort besonders gut beobachten, wie Galaxien miteinander wechselwirken, Gas verlieren oder durch ihre Umgebung verändert werden.
Warum ist Fornax für FCC 224 und FCC 240 wichtig?
Die beiden ultradiffusen Galaxien liegen am Rand dieses Haufens. Dort lassen sich Prozesse untersuchen, die für die Entstehung ungewöhnlicher Galaxien eine Rolle spielen könnten – etwa Kollisionen, Gezeitenkräfte oder der Verlust von Dunkler Materie.
Auffällige Ähnlichkeiten mit bekannten Sonderfällen
FCC 224 wurde bereits vor einiger Zeit als möglicher Kandidat für eine Galaxie mit ungewöhnlich geringer Dunkler Materie identifiziert. Nun haben die Forschenden auch die benachbarte FCC 240 genauer untersucht.
Die Analyse ergab mehrere Gemeinsamkeiten mit DF2 und DF4:
- Die Sterne bewegen sich ungewöhnlich langsam.
- Auch die Kugelsternhaufen zeigen geringe Geschwindigkeiten.
- Die gemessene dynamische Masse stimmt weitgehend mit der sichtbaren Sternmasse überein.
- Beide Galaxien besitzen außergewöhnlich helle Kugelsternhaufen.
Normalerweise liefern die Bewegungen von Sternen Hinweise auf zusätzliche, unsichtbare Masse. Bei FCC 224 und FCC 240 scheint die sichtbare Materie jedoch auszureichen, um die beobachteten Bewegungen zu erklären. Das bedeutet nicht, dass keine Dunkle Materie vorhanden ist. Die Daten deuten jedoch darauf hin, dass ihr Anteil deutlich geringer sein könnte als bei vergleichbaren Zwerggalaxien.
Ein gemeinsamer Ursprung vor zehn Milliarden Jahren?
Besonders interessant ist das Alter der beiden Systeme. Die Forschenden schätzen, dass FCC 224 und FCC 240 vor rund zehn Milliarden Jahren entstanden sind.
Auch ihre Kugelsternhaufen weisen ähnliche Eigenschaften auf. Alter und chemische Zusammensetzung stimmen weitgehend mit denen der übrigen Sterne überein. Das spricht dafür, dass sich die Sterne und die Kugelsternhaufen während derselben Phase intensiver Sternentstehung gebildet haben. Genau dieses Verhalten sagen bestimmte Entstehungsmodelle voraus.
Kollision zweier Zwerggalaxien als Erklärung
Eine mögliche Erklärung liefert das sogenannte Bullet-Dwarf-Szenario. Dabei kollidieren zwei Zwerggalaxien mit hoher Geschwindigkeit.
Nach diesem Modell könnte eine solche Kollision das Gas der Galaxien stark komprimieren und einen kurzen, aber heftigen Ausbruch der Sternentstehung auslösen. Gleichzeitig könnten Sterne und Gas teilweise von ihrer ursprünglichen Dunklen Materie getrennt werden.
Die neuen Beobachtungen sind mit diesem Szenario vereinbar. Die Autorinnen und Autoren schreiben: „Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass sich FCC 224 und FCC 240 möglicherweise in einer Hochgeschwindigkeitskollision gebildet haben, ähnlich dem für DF2 und DF4 vorgeschlagenen Ereignis.“ Damit wäre das Phänomen nicht mehr auf die bereits bekannten Galaxien DF2 und DF4 beschränkt.
Ein wichtiger Unterschied bleibt bestehen
Trotz der auffälligen Parallelen gibt es einen entscheidenden Unterschied. DF2 und DF4 liegen rund 240 Kiloparsec voneinander entfernt und scheinen Teil einer weitläufigen Struktur zu sein, die möglicherweise durch eine frühere Kollision entstanden ist.
FCC 224 und FCC 240 befinden sich dagegen deutlich näher beieinander. Die Distanz beträgt lediglich etwa 75 Kiloparsec. Zudem bewegen sich beide Systeme vergleichsweise langsam zueinander. Statt einer langgestreckten Trümmerkette könnten sie ein dauerhaft gebundenes Galaxienpaar bilden.
Genau dieser Punkt macht die Interpretation schwierig. Möglicherweise haben beide Galaxien einen völlig anderen Ursprung und weisen ihre ungewöhnlichen Eigenschaften nur zufällig gemeinsam auf.
Die Forschenden betonen deshalb, dass weitere Beobachtungen notwendig sind. Insbesondere wollen sie nach möglichen Überresten einer früheren Kollision suchen. Diese könnten sich weit außerhalb der heute sichtbaren Galaxien befinden.
Herausforderung für die Galaxienforschung
Die Existenz von FCC 224 und FCC 240 stellt die Dunkle Materie nicht grundsätzlich infrage. Dafür sprechen zahlreiche andere Beobachtungen im Universum.
Die beiden Geistergalaxien könnten jedoch zeigen, dass sich Dunkle Materie unter bestimmten Bedingungen anders verteilt als bislang angenommen. Genau deshalb verfolgen Astronominnen und Astronomen solche Objekte mit großem Interesse.
Sollten sich die Ergebnisse bestätigen, wären FCC 224 und FCC 240 erst das zweite bekannte Paar dieser äußerst seltenen Galaxienklasse. Gleichzeitig würden sie die Vermutung stärken, dass hinter diesen rätselhaften Systemen kein lokaler Sonderfall steckt, sondern ein bislang wenig verstandener Prozess der Galaxienentwicklung.
