Neunzehn neu entdeckte Zwerggalaxien scheinen ihre dunkle Materie zu vermissen, und die Physiker sind sich nicht sicher, warum.
Der Fund erhöht die Anzahl der Galaxien, denen dunkle Materie zu fehlen scheint, dramatisch, das mysteriöse, unsichtbare Zeug, das die Anziehungskraft ausübt, aber kein Licht aussendet. Es wird angenommen, dass dunkle Materie ein Schlüsselbestandteil bei der Galaxienbildung ist, da ihre Schwerkraft Gasatome zusammenzieht, um Galaxien zu bilden. Wir können sagen, dass dunkle Materie in einer Galaxie vorhanden ist, weil dadurch die Materie in dieser Galaxie schneller wirbelt als wenn die Materie, die wir sehen, die gesamte Masse der Galaxie ausmacht. Dieses schnellere Wirbeln hat sich in jeder Galaxie gezeigt, die genau gemessen werden konnte. Kürzlich haben Forscher jedoch herausgefunden, dass sich bestimmte kleine Galaxien, einschließlich dieser 19, so verhalten, als würden sie von Baryonen dominiert - den Teilchen, aus denen gewöhnliche Materie besteht. Die Beweise für ihre unsichtbaren Lichthöfe der dunklen Materie fehlen.
Kyle Oman, ein Astrophysiker an der Durham University in Großbritannien, der an dieser Entdeckung nicht beteiligt war, sagte, dass diese Galaxien die längste Liste von Objekten enthalten, die anscheinend keine dunkle Materie enthalten. Aber sie sind nicht die ersten.
Die am häufigsten gemeldete Entdeckung einer Galaxie, der dunkle Materie zu fehlen schien, erfolgte im März 2018. Ein Team von Astrophysikern unter der Leitung von Pieter van Dokkum, Astrophysiker an der Yale University, zeigte, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit von Kugelhaufen in der Galaxie NGC 1052-DF2 übereinstimmte ein Nur-Baryonen-Galaxienmodell, obwohl viele die Gültigkeit des Ergebnisses in Frage stellten, wie Live Science berichtete.
Das neueste Papier, das am 25. November in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, identifizierte die 19 Galaxien ohne dunkle Materie mit derselben Methode.
"Diese H1-Rotationskurven sind genauer" als die von van Dokkums Team verwendete Methode, sagte Till Sawala, Astrophysiker an der Universität von Helsinki. Es gebe jedoch immer noch "systematische Unsicherheiten" bei den Messungen, die noch gelöst werden müssen.
Wenn zum Beispiel der Winkel der Wirtsgalaxie relativ zur Erde falsch gemessen wird, kann dies die Berechnungen durcheinander bringen, sagte Oman. Und Ereignisse wie Supernovae können das Gas in einer normalen Galaxie beschleunigen und Rotationskurven erzeugen, die von der Erde aus wie die Galaxien in diesem neuen Artikel aussehen, sagte Sawala. In beiden Fällen sind weitere Folgemaßnahmen erforderlich, um die Behauptung zu bestätigen, dass keine dunkle Materie vorliegt, sagten alle Experten (einschließlich der Autoren der Studie).
Wenn sich jedoch herausstellt, dass bestimmten Galaxien die normale Menge an dunkler Materie fehlt, ist dies ein Problem für aktuelle Theorien zur Entstehung des Universums.
Physiker erklären anhand eines Modells, das als Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) bekannt ist, wie sich das Universum gebildet hat und wie es sich verhält. Es beschreibt drei Hauptmerkmale des Universums: die kosmologische Konstante (Λ), die Dunkle Materie und die Dunkle Energie.
ΛCDM erklärt die Art und Weise, wie sich Galaxien bilden, sagte Sawala, und es kann nicht leicht erklärt werden, wie sich diese bestimmten Galaxien ohne dunkle Materie hätten bilden können.
Einige der Beispiele, die aufgetaucht sind, könnten laut Oman durch das ΛCDM erklärt werden. Zum Beispiel haben Zwerggalaxien inmitten dichter Galaxienhaufen viele andere Schwerkraftquellen, um ihre dunkle Materie zu entfernen. Aber in diesem Artikel, sagte Oman, sind einige der Galaxien ohne dunkle Materie einsam, weit entfernt von jeder anderen Schwerkraftquelle.
"Das ist eine Herausforderung", sagte Oman.
Einige Forscher haben den Nachweis von Galaxien ohne Dunkle Materie als Knockout-Punch in einem Kampf zwischen ΛCDM und einer anderen Reihe von Theorien vorgelegt, die als Modified Newtonian Dynamics (MOND) bekannt sind. MOND-Theorien lehnen dunkle Materie zugunsten von Verbesserungen der Schwerkraftphysik ab. Da die Schwerkraft überall im Universum wirken sollte, würde MOND vorhersagen, dass das, was wir dunkle Materie nennen, auch überall sein sollte, einschließlich jeder Galaxie. Aber wenn diese Galaxien gegen MOND verstoßen, verletzen sie auch ΛCDM, so dass es für MOND kein wirklicher Knockout-Schlag ist, sagte Sawala.
Physiker sagten, der einzige Weg, um herauszufinden, was los ist, besteht darin, diese Galaxien mit verschiedenen Werkzeugen viel detaillierter zu untersuchen und zu bestätigen, dass das, was dort zu geschehen scheint, wirklich geschieht.
