Extrem schnell rotierende Spiralgalaxien

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Bildcredit: obere Reihe: NASA, ESA, Hubble, P. Ogle und J. DePasquale (STScI); untere Reihe: SDSS, P. Ogle und J. DePasquale (STScI)

Beschreibung: Warum rotieren diese Galaxien so schnell? Wenn Sie die Masse jeder Spirale danach einschätzen, wie viel Licht sie abstrahlt, müssten sie durch ihre schnelle Rotation auseinanderbrechen.

Die führende Vermutung, warum diese Galaxien nicht auseinanderbrechen, ist Dunkle Materie – Masse, die so dunkel ist, dass wir sie nicht sehen können. Diese Galaxien übertreffen mit ihrer Rotationsgeschwindigkeit sogar die Zerfallsgrenze – sie sind die am schnellsten rotierenden Scheibengalaxien, die wir kennen. Daher wird weiters vermutet, dass ihre Höfe aus Dunkler Materie so massereich sind – und ihre Rotation so schnell -, dass in diesen Galaxien weniger leicht Sterne entstehen als in gewöhnlichen Spiralen. Falls dem so ist, könnten diese Galaxien zu den massereichsten Spiralgalaxien gehören, die überhaupt möglich sind.

Überraschende Superspiralen wie diese werden weiterhin erforscht, wahrscheinlich auch durch Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, dessen Start für 2021 geplant ist.

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Das Grinsen der Schwerkraft

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Bildcredit: Röntgen – NASA / CXC / J. Irwin et al.; Optisch – NASA/STScI

Beschreibung: Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die vor 100 Jahren veröffentlicht wurde, sagte das Phänomen des Gravitationslinseneffektes voraus. Dieser Effekt verleiht diesen fernen Galaxien eine so launige Erscheinung, wenn man sie im Spiegel von Röntgen- und optischen Bilddaten der Weltraumteleskope Chandra und Hubble betrachtet.

Die Galaxiengruppe trägt den Spitznamen Grinsekatze. Ihre beiden elliptischen Galaxien werden von angedeuteten Bögen eingerahmt. Diese Bögen sind optische Bilder ferner Hintergrundgalaxien. Sie wurden von der Gesamtverteilung der Gravitationsmasse der Gruppe im Vordergrund gebrochen. Diese Gravitationsmasse besteht vorwiegend aus Dunkler Materie.

Die beiden großen elliptischen „Augen“-Galaxien sind die hellsten Mitglieder ihrer Galaxiengruppe, sie sind dabei zu verschmelzen. Ihre relative Kollisionsgeschwindigkeit von fast 1350 Kilometern pro Sekunde erhitzt Gas auf Millionen Grad. Dabei entsteht das Leuchten im Röntgenspektralbereich, das in violetten Farbtönen abgebildet ist.

Sind Sie neugierig auf die Verschmelzung von Galaxiengruppen? Die Grinsekatzengruppe lächelt etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Großer Bär (Ursa Major).

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Die lokale Leere im nahen Universum

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Bildcredit: R. Brent Tully (U. Hawaii) et al.

Beschreibung: Wie sieht unsere Region des Universums aus? Da Galaxien so weit über den Himmel verteilt sind, und weil unsere Milchstraße einen Teil des fernen Himmels abdeckt, war es schwierig, das zu beurteilen. Doch nun wurde eine neue Karte erstellt, die aus großräumigen Galaxienbewegungen ableitet, welche massereichen Objekte im nahen Universum gravitativen Einfluss ausüben müssen.

Diese Karte hat eine Seitenlänge von mehr als 600 Millionen Lichtjahren und zeigt, dass unsere Galaxis am Rand des Virgo-Galaxienhaufens liegt, der mit dem großen Attraktor verbunden ist – einer noch größeren Galaxiengruppierung. In der Nähe befinden sich auch der massereiche Koma-Haufen und der ausgedehnte Perseus-Fische-Superhaufen.

Andererseits befinden wir uns auch am Rand einer riesigen Region, die fast frei von Galaxien ist, und die als lokale Leere bekannt ist. Der abstoßende Schub der lokalen Leere, kombiniert mit dem gravitativen Zug zur erhöhten Galaxiendichte auf der anderen Seite des Himmels, erklärt einen Teil der rätselhaft hohen Geschwindigkeit unserer Galaxis vor dem kosmischen Mikrowellenhintergrund – aber nicht zur Gänze.

Wenn Sie das lokale Universum selbst – wie von Cosmicflows-3 beschrieben- erforschen möchten, können Sie diese interaktive 3D-Visualisierung vergrößern und drehen.

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Gerüchte über ein dunkles Universum

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Bildcredit: High-Z Supernova Search Team, HST, NASA

Beschreibung: Vor 21 Jahren wurden erstmals Ergebnisse vorgestellt, die Hinweise lieferten, dass sich ein Großteil der Energie unseres Universums nicht in Sternen oder Galaxien befindet, sondern an den Raum selbst gebunden ist. Nach Ansicht der Kosmologen setzten neue Beobachtungen ferner Supernovae eine große kosmologische Konstante – Dunkle Energie – voraus.

Die Idee einer kosmologischen Konstante war nicht neu – es gibt sie seit Beginn der heutigen relativistischen Kosmologie. Solche Annahmen waren jedoch in der Regel nicht sehr verbreitet, weil die Dunkle Energie so anders war als die bekannten Bestandteile des Universums, außerdem schien die Menge an Dunkler Energie durch andere Beobachtungen begrenzt, und weniger seltsame Kosmologien hatten die Daten bis dahin ohne eine beträchtliche Menge an Dunkler Energie gut erklärt.

Das Besondere war hier die offenbar direkte und zuverlässige Beobachtungsmethode sowie der gute Ruf der Wissenschaftler, welche die Untersuchungen durchführen. Im Laufe von zwei Jahrzehnten sammelten unabhängige Arbeitsgruppen von Astronominnen und Astronomen weiterhin Daten, welche die Existenz Dunkler Energie und die das verstörende Ergebnis eines derzeit beschleunigt expandierenden Universums zu bestätigen scheinen.

2011 erhielten die Arbeitsgruppenleiter für ihre Arbeit den Nobelpreis für Physik. Dieses Bild einer Supernova, die 1994 in den Außenbereichen einer Spiralgalaxie zu beobachten war, wurde von einer dieser Forschungsgruppen aufgenommen.

Neu: APOD ist nun via Facebook in Hindi verfügbar.

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Abell 370: Galaxienhaufen-Gravitationslinse

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Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Bearbeitung und Bildrechte: Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)

Beschreibung: Was sind diese seltsamen Bögen? Beim Abbilden des Galaxienhaufens Abell 370 entdeckten Astronomen einen ungewöhnlichen Bogen. Die Natur des Bogens wurde nicht sofort erkannt, sondern erst, als bessere Bilder zeigten, dass der Bogen eine noch nie zuvor beobachtete Art astrophysikalisch verzerrter Abbildungen in Gravitationslinsen war, bei denen das Zentrum eines ganzen Galaxienhaufens die Linse ist.

Heute wissen wir, dass dieser Bogen – der hellste Bogen im Haufen – eigentlich aus zwei verzerrten Bildern einer ziemlich normalen Galaxie besteht, die zufällig weit entfernt dahinter liegt. Durch die Gravitation von Abell 370 wurde das Licht der Hintergrundgalaxien – und anderer Galaxien – verteilt, sodass es auf mehrfachen Lichtlaufwegen zum Beobachter gelangte – ähnlich wie wenn ein fernes Licht durch den Stiel eines Weinglases leuchtet.

Fast alle hier abgebildeten gelblichen Strukturen sind Galaxien im Haufen Abell 370. Ein scharfes Auge erkennt jedoch viele seltsame Bögen und verzerrte Bogenteile, die eigentlich die Bilder ferner normaler Galaxien sind, welche durch Gravitation gebrochen wurden. Untersuchungen von Abell 370 und seiner Bilder bieten Astronomen einen einzigartigen Blick auf die Verteilung normaler und Dunkler Materie in Galaxienhaufen und im Universum.

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Planck-Karten des Mikrowellenhintergrundes

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Bildcredit: Europäische Weltraumorganisation, Planck Collaboration

Beschreibung: Woraus besteht unser Universum? Um das herauszufinden, startete die ESA den Satelliten Planck, der von 2009 bis 2013 so detailreich wie nie zuvor leichte Temperaturunterschiede auf der ältesten optischen Oberfläche kartierte, die wir kennen – dem Himmelshintergrund, der vor Milliarden Jahren übrig blieb, als unser Universum erstmals für Licht transparent wurde.

Dieser kosmische Mikrowellenhintergrund ist in allen Richtungen sichtbar. Es ist ein komplexer Bildteppich, der die beobachteten heißen und kalten Muster nur dort aufweist, wo das Universum aus bestimmten Arten von Energie besteht, die sich auf bestimmte Weise entwickelt haben. Letzte Woche wurden die endgültigen Ergebnisse veröffentlicht. Diese bestätigen erneut, dass ein Großteil unseres Universums aus rätselhafter, unbekannter Dunkler Energie besteht, und dass auch ein Großteil der verbleibenden Materienenergie seltsam dunkel ist.

Zusätzlich bestätigen die „finalen“ 2018er-Planckdaten eindrucksvoll, dass das Alter des Universums etwa 13,8 Milliarden Jahre beträgt, und dass die lokale Expansionsrate, die als Hubblekonstante bezeichnet wird, 67,4 (+/- 0,5) km/sec/Mpc beträgt. Seltsamerweise ist diese durch Beobachtung des frühen Universums ermittelte Hubblekonstante etwas niedriger ist als jene, die durch andere Methoden im späten Universum ermittelt wurde. Die dadurch entstehende Diskrepanz sorgt für viele Diskussionen und Mutmaßungen.

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Zufallsblitz – ein Kandidat für den bisher fernsten Stern

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Bildcredit: NASA, ESA und P. Kelly (U. Minnesota) et al.

Beschreibung: Stammt dieser Blitz vom fernsten Stern, den wir je gesehen haben? Ein unerwarteter Lichtblitz, der zufällig auf Bildern des Weltraumteleskops Hubble entdeckt wurde, ist vielleicht nicht nur ein ungewöhnliches Gravitationslinsenereignis, sondern auch das Bild eines normalen Sterns, der 100 Mal weiter entfernt ist als jeder bisher einzeln abgebildete Stern.

Dieses Bild zeigt links den Galaxienhaufen mit vielen gelblichen Galaxien. Rechts befindet sich ein ausgedehntes Quadrat, wo 2016 eine Quelle erschien, die 2011 nicht erkennbar war. Das Spektrum und die Veränderlichkeit dieser Quelle ähneln seltsamerweise nicht einer Supernova, sondern passen eher zu einem normalen blauen Überriesenstern, der durch eine Ansammlung ausgerichteter Gravitationslinsen etwa um den Faktor 2000 vergrößert wurde. Diese Quelle wird als Icarus bezeichnet, sie befindet in einer Galaxie weit hinter dem Galaxienhaufen im fernen Universum – bei Rotverschiebung 1,5.

Wenn die Interpretation der Linse korrekt und Icarus kein explodierender Stern ist, könnten weitere Beobachtungen dieses und anderer ähnlich vergrößerter Sterne Information über den Gehalt an stellarer und Dunkler Materie in diesem Galaxienhaufen und im Universum liefern.

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Dunkle Materie in einem simulierten Universum

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Illustrationscredit und Bildrechte: Tom Abel und Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

Beschreibung: Spukt es in unserem Universum?

Auf dieser Karte der Dunklen Materie sieht es fast so aus. Die Gravitation unsichtbarer Dunkler Materie ist die beste Erklärung dafür, warum Galaxien so schnell rotieren, warum Galaxien so schnell um Haufen kreisen, warum Gravitationslinsen Licht so stark ablenken und warum sichtbare Materie so verteilt ist, wie sie ist – sowohl im lokalen Universum als auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund.

Dieses Bild aus der Weltraumschau „Das dunkle Universum“ des Hayden-Planetariums im American Museum of Natural History zeigt, wie die allgegenwärtige Dunkle Materie in unserem Universum spuken könnte. Auf diesem Bild aus einer detailreichen Computersimulation sind schwarz dargestellte, komplexe Fasern aus alles durchdringender Dunkler Materie wie Spinnennetze im Universum verteilt. Die relativ raren Klumpen aus vertrauter baryonischer Materie sind orange gefärbt.

Diese Simulationen stimmen statistisch gesehen gut mit astronomischen Beobachtungen überein. Etwas unheimlicher ist, dass Dunkle Materie – obwohl sie ziemlich seltsam ist und einer unbekannte Form hat – nicht mehr die seltsamste vermutete Quelle der Gravitation im Universum ist. Diese Ehre fällt nun der Dunklen Energie zu, einer homogeneren Quelle abstoßender Gravitation, welche die Ausdehnung des ganzen Universums zu bestimmen scheint.

Nicht nur Halloween: Heute ist Tag der Dunklen Materie
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Vier Quasarbilder umgeben eine Galaxienlinse

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Bildcredit: ESA/Hubble, NASA, Sherry Suyu et al.

Beschreibung: Das Seltsame an dieser Gruppe aus Lichtern in der Mitte ist, dass vier davon derselbe ferne Quasar sind, weil die Galaxie im Vordergrund – in der Mitte der Quasarbilder und hier vorgestellt – als unruhige Gravitationslinse wirkt. Vielleicht noch seltsamer ist, dass man durch Beobachtung des Flackerns dieses Quasars im Hintergrund die Expansionsgeschwindigkeit des Universums schätzen kann, weil die Flackerabläufe zunehmen, wenn die Expansionsgeschwindigkeit steigt. Manche Astronomen sehen das Verrückteste darin, dass diese mehrfach abgebildeten Quasare ein Hinweis auf ein Universum sind, das etwas schneller expandiert als mithilfe verschiedener Methoden, die für das frühe Universum gelten, geschätzt wurde. Das ist so, weil … nun ja, niemand weiß, warum. Zu den Gründen könnte eine unerwartete Verteilung Dunkler Materie, ein unerwarteter Gravitationseffekt oder etwas ganz Anderes zählen. Vielleicht beseitigen künftige Beobachtungen und Analysen dieses und ähnlich gebrochener Quasarbilder diese Unklarheiten.

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Polarring-Galaxie NGC 660

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Bildcredit und Bildrechte: CHART32-Team, BearbeitungJohannes Schedler

Beschreibung: Dieser kosmische Schnappschuss zeigt NGC 660. Sie ist mehr als 40 Millionen Lichtjahre entfernt und schwimmt im Sternbild Fische. Die seltsame Erscheinung von NGC 660 kennzeichnet sie als Polarring-Galaxie. Polarring-Galaxien sind eine seltene Galaxienart mit einer beträchtlichen Population aus Sternen, Gas und Staub, die in Ringen kreisen, welche stark zur Ebene der Galaxienscheibe geneigt sind. Die bizarre Anordnung könnte zufällig entstanden sein, indem eine Scheibengalaxie Materie von einer vorbeiziehenden Galaxie einfing, wobei die eingefangenen Teile schlussendlich in einen rotierenden Ring gezogen wurden. Die gewaltige gravitative Wechselwirkung hätte in diesem Fall zu den Myriaden rötlicher Sternbildungsregionen geführt, die im Ring von NGC 660 verteilt sind. Mithilfe des Polarrings kann auch die Form des sonst unsichtbaren Hofes aus Dunkler Materie erforscht werden, indem man den Gravitationseinfluss der Dunklen Materie auf die Rotation von Ring und Scheibe berechnet. Der Ring um NGC 660 ist breiter als die Scheibe und größer als 50.000 Lichtjahre.

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Die Materie des Geschoßhaufens 1E 0657-558

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Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/CfA/ M. Markevitch et al.; Gravitationslinsenkarte: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/ D.Clowe et al.; Optisch: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

Beschreibung: Was ist los mit dem Geschoßhaufen?

Dieser massereiche Galaxienhaufen (1E 0657-558) erzeugt Gravitationslinsenverzerrungen bei Hintergrundgalaxien auf eine Art, die als starkes Indiz für die führende Theorie gewertet wurde: dass es darin Dunkle Materie gibt.

Andere aktuelle Analysen lassen jedoch vermuten, dass eine weniger bekannte Möglichkeit – veränderliche Gravitation – das Kräftespiel im Haufen ohne Dunkle Materie erklären könnte, was ein weiteres wahrscheinlicheres Vorläuferszenario wäre. Derzeit wetteifern die beiden wissenschaftlichen Hypothesen um die Erklärung der Beobachtungen: unsichtbare Materie kontra abgeänderte Gravitation.

Der Wettkampf ist dramatisch, da ein klares kugelsicheres Beispiel für Dunkle Materie die Einfachheit der Theorien zu veränderter Gravitation zerschlagen würde. In naher Zukunft wird der Streit um den Geschoßhaufen wahrscheinlich fortgeführt, wenn neue Beobachtungen, Computersimulationen und Analysen abgeschlossen werden.

Dieses Bild ist ein Komposit aus Hubble-, Chandra– und Magellan-Daten, Rot die zeigt Röntgenstrahlung des heißen Gases, die vermutete Verteilung der getrennten Dunkle Materie ist in Blau abgebildet.

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