05. August 2022

Keine Spur von Halos aus Dunkler Materie Keine Spur von Halos aus Dunkler Materie

St?rungen in Zwerggalaxien des Fornax-Haufens deuten auf alternative Gravitationstheorie hin

Laut Standardmodell der Kosmologie ist jede Galaxie von einer Art Heiligenschein aus Dunkler Materie umgeben. Dieser Halo ist unsichtbar, übt jedoch aufgrund seiner Masse eine starke Anziehungskraft auf Galaxien in der Umgebung aus. Eine neue Studie unter Leitung der Universit?t Bonn und der University of Saint Andrews (Schottland) stellt diese Sicht des Universums in Frage. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die Zwerggalaxien des zweitn?chsten Galaxienhaufens der Erde – des sogenannten Fornax-Haufens – frei von solchen Halos aus Dunkler Materie sind. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen.

Die Zwerggalaxie NGC1427A fliegt durch den Fornax-Galaxienhaufen und erleidet dabei St?rungen, die nicht m?glich w?ren, wenn diese Galaxie durch ein schweres und ausgedehntes Halo aus dunkler Materie umgeben w?re, wie es die Standardkosmologie verlangt.
Die Zwerggalaxie NGC1427A fliegt durch den Fornax-Galaxienhaufen und erleidet dabei St?rungen, die nicht m?glich w?ren, wenn diese Galaxie durch ein schweres und ausgedehntes Halo aus dunkler Materie umgeben w?re, wie es die Standardkosmologie verlangt. ? ESO
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Zwerggalaxien sind kleine, schwache Galaxien, die normalerweise in Galaxienhaufen oder in der N?he gr??erer Galaxien zu finden sind. Aus diesem Grund k?nnen sie von den Gravitationswirkungen ihrer gr??eren Begleiter beeinflusst werden. ?Wir stellen eine innovative Methode zur ?berprüfung des Standardmodells vor, die darauf beruht zu untersuchen, wie stark Zwerggalaxien durch die Schwerkraft von nahegelegenen gr??eren Galaxien gest?rt werden“, sagt Elena Asencio, Doktorandin an der Universit?t Bonn und Erstautorin der Studie. Solche Gezeiten entstehen, wenn die Schwerkraft eines K?rpers auf verschiedene Teile eines anderen K?rpers wirkt. Sie sind vergleichbar mit den Gezeiten auf der Erde – bestimmt durch den Mond, der wie ein Magnet an der ihm zugewandten Seite der Erde zieht.

Der Fornax-Haufen hat viele Zwerggalaxien. Jüngste Beobachtungen zeigen, dass einige dieser Zwerggalaxien verzerrt erscheinen, als w?ren sie durch die Umgebung des Haufens gest?rt worden. ?Solche St?rungen in den Fornax-Zwergen erwartet man nach dem Standardmodell nicht“, sagt Prof. Dr. Pavel Kroupa von der Universit?t Bonn und der Karls-Universit?t in Prag. ?Das liegt daran, dass nach diesem Modell die Halos aus Dunkler Materie die Zwerge gr??tenteils vor den Gezeiten des Haufens schützen.“

Das Team analysierte das erwartete Ausma? der St?rung der Fornax-Zwerge, das von ihren inneren Eigenschaften und ihrer Entfernung zum gravitativen Zentrum des Haufens abh?ngt: Galaxien mit gro?er Gr??e, aber geringer stellarer Masse und Galaxien in der N?he des Haufenzentrums werden leichter gest?rt oder zerst?rt. Die Ergebnisse verglichen sie mit dem St?rungsgrad, beobachtet aus Bildern des VLT Survey Teleskops der Europ?ischen Südsternwarte.

Das Ergebnis des Vergleichs: ?Um die Beobachtungen mit dem Standardmodell zu erkl?ren, müssten die Fornax-Zwerge bereits durch die Gravitation des Haufenzentrums zerst?rt werden, selbst wenn die Gezeiten, die auf einen Zwerg wirken, vierundsechzigmal schw?cher sind als die Eigengravitation des Zwergs“, sagt Elena Asencio. Das sei nicht nur der Intuition widersprechend, sondern widerspreche auch früheren Studien, die zeigten, dass die externe Kraft, die n?tig ist, um eine Zwerggalaxie zu st?ren, ungef?hr so gro? ist wie die Eigengravitation des Zwergs.

Widerspruch zum Standardmodell

Daraus schlossen die Autorinnen und Autoren, dass es im Standardmodell nicht m?glich ist, die beobachteten Erscheinungsformen der Fornax-Zwerge auf eine in sich widerspruchsfreie Weise zu erkl?ren. Das Team wiederholte die Analyse mithilfe der Milgromschen Dynamik (MOND). Nach dieser Theorie gehorcht die Anziehung zwischen zwei Massen nur bis zu einem bestimmten Punkt den Newton'schen Gesetzen. Bei sehr kleinen Beschleunigungen, wie sie in Galaxien vorherrschen, wird sie dagegen erheblich st?rker. Daher rei?en Galaxien durch ihre Drehgeschwindigkeit auch nicht auseinander.

?Wir waren uns nicht sicher, ob die Zwerggalaxien in der Lage sein würden, die extreme Umgebung eines Galaxienhaufens in MOND zu überleben, da es in diesem Modell keine schützenden Halos aus Dunkler Materie gibt“, sagt Dr. Indranil Banik von der University of St. Andrews. ?Aber unsere Ergebnisse zeigen eine bemerkenswerte ?bereinstimmung zwischen den Beobachtungen und den MOND-Erwartungen für das Ausma? der St?rung der Fornax-Zwerge.“

?Es ist aufregend zu sehen, dass die Daten, die wir mit dem Survey Teleskop erhalten haben, einen so gründlichen Test kosmologischer Modelle erm?glichen", betonen die Koautoren Aku Venhola von der Universit?t Oulu (Finnland) und Steffen Mieske von der Europ?ischen Südsternwarte.

Es sei nicht das erste Mal, dass eine Studie, die die Auswirkungen der Dunklen Materie auf die Dynamik und Entwicklung von Galaxien untersucht, zu dem Schluss komme, dass die Beobachtungen besser dadurch erkl?rt werden k?nnen, dass die Galaxien nicht von Dunkler Materie umgeben sind. ?Die Anzahl der Ver?ffentlichungen, die Unvereinbarkeiten zwischen Beobachtungen und dem Paradigma der Dunklen Materie aufzeigen, nimmt jedes Jahr zu“, sagt Pavel Kroupa, Mitglied der Transdisziplin?ren Forschungsbereiche ?Modelling“ und ?Matter“ der Universit?t Bonn. ?Es ist an der Zeit, deutlich mehr Ressourcen in andere Theorien zu investieren."

Dr. Hongsheng Zhao von der University of St. Andrews fügt hinzu: ?Unsere Ergebnisse haben gro?e Auswirkungen auf die Grundlagenphysik. Wir erwarten, dass wir mehr gest?rte Zwerggalaxien in anderen Haufen finden, eine Vorhersage, die von anderen Teams überprüft werden sollte".

Beteiligte Institutionen und F?rderung:

An der Studie waren neben der Universit?t Bonn die University of Saint Andrews (Schottland), die Europ?ische Südsternwarte (ESO), die Universit?t Oulu (Finnland) und die Karls-Universit?t in Prag (Tschechien) beteiligt. Die Studie wurde gef?rdert durch die Universit?t Bonn, den britischen Science and Technology Facilities Council und den Deutschen Akademischen Austauschdienst.

Publikation: Elena Asencio, Indranil Banik, Steffen Mieske, Aku Venhola, Pavel Kroupa & Hongsheng Zhao: The distribution and morphologies of Fornax Cluster dwarf galaxies suggest they lack dark matter. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; https://doi.org/10.1093/mnras/stac1765 / https://arxiv.org/abs/2208.02265

Elena Asencio (nur in Englisch)
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik
Universit?t Bonn
Tel: +34 646632051 oder +49 228 73 3653
E-Mail: s6elena@uni-bonn.de

Prof. Dr. Pavel Kroupa
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik
Universit?t Bonn
Tel. +49 228 73-6140 oder -2366
E-Mail: pkroupa@uni-bonn.de

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