Schlagwort: Dunkle Materie

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NGC 4414: eine wolkige Spiralgalaxie

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Bildcredit: NASA, ESA, W. Freedman (U. Chicago) et al. und das Hubble Heritage Team (AURA/STScI), SDSS;  Bearbeitung: Judy Schmidt

Beschreibung: Wie viel Masse verbergen wolkige Spiralen? Dieses Echtfarbenbild der wolkigen Spiralgalaxie NGC 4414 wurde mit dem Weltraumteleskop Hubble fotografiert, um diese Frage zu beantworten. Wolkige Spiralen – Galaxien ohne klar definierte Spiralarme – sind eine häufige Galaxienart, und NGC 4414 ist eine der nächstgelegenen. Sterne und Gas nahe dem sichtbaren Rand von Spiralgalaxien umkreisen das Zentrum so schnell, dass die Gravitation einer großen Menge unsichtbarer Dunkler Materie vorhanden sein muss, um sie zusammenzuhalten.

Die Verteilung von Materie und Dunkler Materie in NGC 4414 zu verstehen hilft der Menschheit, den Rest dieser Galaxie und – davon abgeleitet – flockiger Spiralen allgemein zu kalibrieren. Weiters hilft die Vermessung der Entfernung zu NGC 4414 der Menschheit, die kosmologische Entfernungsskala des gesamten sichtbaren Universums zu eichen.

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M63: Die Sonnenblumengalaxie von Hubble

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Bildcredit: ESA, NASA, Hubble

Beschreibung: Eine der hellen Spiralgalaxien am nördlichen Himmel ist M63, die Sonnenblumengalaxie. M63 ist auch als katalogisiert NGC 5055. Sie ist mit einem kleinen Teleskop im Sternbild Jagdhunde (Canes Venatici) zu finden. Auf diesem Bild des Weltraumteleskops Hubble ist das Zentrum von M63 mit langen, gewundenen Spiralarmen zu sehen.

Das blaue Leuchten stammt von wenigen hellen, jungen Sternen. Emissionsnebel aus heißem, ionisiertem Wasserstoff leuchten rot, dazwischen liegen viele Fasern aus dunklem Staub. Zwischen M63 und M51 (die Strudelgalaxie) sowie mehreren kleineren Galaxien gibt es Wechselwirkungen durch Gravitation. Licht braucht ungefähr 35 Millionen Jahre, um uns von M63 zu erreichen, und etwa 60.000 Jahre, um die Spiralgalaxie zu durchqueren.

Die Sterne in den äußeren Regionen der Sonnenblumengalaxie kreisen so schnell um das Zentrum, dass sie angesichts der sichtbaren Materie und bei Annahme normaler Gravitation in den Weltraum hinausfliegen müssten. Dass die Sterne in der Galaxie bleiben, wird als Hinweis auf eine unsichtbare Dunkle Materie gedeutet, welche die Sterne durch Gravitation zurückhält.

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Polarring-Galaxie NGC 660

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Bildcredit: Gemini Observatory, AURA, Travis Rector (Univ. Alaska Anchorage)

Beschreibung: NGC 660 ist auf diesem kosmischen Schnappschuss zu sehen. Diese gestochen scharfe Kompositbild wurde aus Daten erstellt, die am Gemi-Nord-Teleskop auf dem Mauna Kea mit Breit- und Schmalbandfiltern gewonnen wurden. Die Galaxie ist mehr als 20 Millionen Lichtjahre entfernt und schwimmt im nördlichen Sternbild Fische. Die eigenartige Erscheinung von NGC 660 markiert sie als Polarring-Galaxie. Polarring-Galaxien, eine seltene Galaxiengruppe, haben eine beträchtliche Population an Sternen, Gas und Staub, die fast senkrecht auf die Ebene der Galaxie in Ringen um diese kreisen. Die bizarr aussehende Konfiguration könnte durch das zufällige Einfangen von Materie von einer vorbeiziehenden Scheibengalaxie entstanden sein, wobei die eingefangenen Trümmer schlussendlich zu einem rotierenden Ring herausgezogen wurden. Die gewaltige gravitative Wechselwirkung könnte die zahllosen rötlichen Sternbildungsregionen erklären, die entlang des Ringes von NGC 660 verteilt sind. Die Polarring-Komponente könnte auch dazu dienen, die Form des ansonsten unsichtbaren Hofes aus Dunkler Materie in der Galaxie zu erforschen, indem der gravitative Einfluss der Dunklen Materie auf die Rotation des Ringes und der Scheibe berechnet wird. Der Ring von NGC 660 ist breiter als die Scheibe und umfasst mehr als 50.000 Lichtjahre.

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Flug durch das Universum


Videocredit: M. A. Aragón (JHU), M. SubbaRao (Adler), A. Szalay (JHU), Y. Yao (LBN, NERSC) und die SDSS-III-Collaboration

Beschreibung: Wie wäre es, durch das Universum zu fliegen? Das vielleicht am besten simulierte Video, das das veranschaulicht, wurde aus kürzlich veröffentlichten Galaxiendaten der Sloan Digital Sky Survey erstellt. Jeder Punkt im obigen Video ist eine Galaxie, die Milliarden Sterne enthält. Viele Galaxien gehören zu riesigen Haufen, langen Filamenten oder kleinen Gruppen, während es auch ausgedehnte Lücken gibt, die kaum Galaxien enthalten. Der Film beginnt mit einem Flug mitten durch einen großen, nahen Galaxienhaufen und kreist später um das mithilfe der SDSS aufgenommene Universum – von der Erde etwa 2 Milliarden Lichtjahre entfernt (das entspricht einer Rotverschiebung von etwa 0,15). Analysen der Positionen und Bewegungen der Galaxien stützen die Annahme, dass unser Universum nicht nur die helle, sichtbare Materie enthält – Galaxien etwa -, sondern auch einen beträchtlichen Anteil an unsichtbarer Dunkler Materie und Dunkler Energie.

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Die große Spiralgalaxie NGC 1232

Im Bild ist die Spiralgalaxie NGC 1232 mit ausgeprägten Spiralarmen und Sternhaufen von oben zu sehen. Der Kern ist gelblich, nach außen hin wird die Galaxie orangefarben, die äußeren Spiralarme sind bläulich. Links unten im Bild ist eine kleine Galaxie mit Balken.

Bildcredit: FORS, 8,2-Meter-VLT Antu, ESO

Galaxien faszinieren nicht nur wegen dem, was man sieht, sondern auch wegen dem, was man nicht sieht. Ein gutes Beispiel ist die große Spiralgalaxie NGC 1232 im Sternbild Eridanus. Sie wurde von einem der neuen Very Large Telescopes detailreich aufgenommen.

Das Sichtbare wird von Millionen heller Sterne und dunklen Staubs bestimmt, die im Gravitationswirbel der Spiralarme gefangen sind. Die drehen sich um das Zentrum. Offene Haufen mit hellen blauen Sternen sind entlang dieser Spiralarme verteilt. Dazwischen sind dunkle Bahnen aus dichtem, interstellarem Staub verteilt.

Weniger gut sichtbar, aber messbar sind Milliarden schwacher, normaler Sterne und gewaltige Bereiche mit interstellarem Gas. Diese enthalten zusammen so viel Masse, dass sie das Kräftespiel der inneren Galaxie bestimmen.

Unsichtbar sind noch größere Mengen Materie in einer Form, die wir nicht einmal kennen. Es ist die überall vorhandene Dunkle Materie, die wir brauchen, um die Bewegungen des Sichtbaren in der äußeren Galaxie zu erklären.

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Muschelgalaxie NGC 7600

Mitten im Bild ist eine Galaxie zwischen dünn gesäten, bunten Sternen. Ihr leicht verschwommener Kern ist von einem diffusen Halo umgeben.

Bildcredit und Bildrechte: Ken Crawford (Rancho Del Sol Observatory); Arbeitsgemeinschaft: Andrew Cooper (MPA), Carlos Frenk, John Helly, Shaun Cole (Institut für computergestützte Kosmologie), David Martinez-Delgado (MPIA), Star Stream Pilot Survey Group

Die elliptische Galaxie NGC 7600 ist ähnlich groß wie die Milchstraße. Sie ist ungefähr 160 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Dieses detailreiche Bild zeigt den Himmel in Richtung des Sternbildes Wassermann. Es ist etwa 1/2 Grad breit und zeigt NGC 7600 mit einem interessanten äußeren Halo aus ineinander verschachtelten Hüllen und ausgedehnten Strukturen, welche die ganze Galaxie umfassen.

Die eindrucksvollen Eigenschaften werden mit einem Zuwachs an Dunkler Materie und Sternen auf einer kosmischen Zeitskala erklärt. Ein Film zeigt die Erscheinung von NGC 7600 erstaunlich detailreich. Er entstand durch die Simulation einer Galaxienbildung anhand eines kosmologischen Modells, bei dem kalte Dunkle Materie für die Halos verschmelzender Galaxien angenommen wurde.

Der Simulationsfilm ist auf Vimeo und in weiteren Formaten verfügbar. Er zeigt Hinweise, dass Merkmale von Galaxienverschmelzungen, die schon mit kleinen Teleskopen auf der Erde zu sehen sind, eine natürliche Folge der Galaxienbildung sowie grundlegende Eigenschaften von Dunkler Materie sind.

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Film mit Dunkler Materie aus der Bolshoi-Simulation

Video-Credit: A. Klypin (NMSU), J. Primack (UCSC) et al., Chris Henze (NASA Ames), Pleiaden-Supercomputer der NASA; Musik (© 2002): Her Knees Deep in Your Mind von Ray Lynch

Stellt euch vor, ihr könnt durch das Universum fliegen und Dunkle Materie sehen! An der Technologie für so einen Flug wird noch gearbeitet. Doch der Technik gelang mit Abschluss der Bolshoi-Kosmologie-Simulation ein großer Schritt bei der Visualisierung so eines Flugs. Nach 6 Millionen CPU-Stunden warf der siebtschnellste Supercomputer der Welt viele wissenschaftliche Neuheiten aus. Eine davon war diese Flugsimulation.

Am Beginn stand eine relativ gleichmäßige Verteilung der Dunklen Materie im frühen Universum. Diese sieht man am Mikrowellenhintergrund und anderen großen Datensätzen des Himmels. Die Bolshoi-Simulation folgte mit dem kosmologischen Standardmodell der Entwicklung des Universums bis zur Jetztzeit. Die Simulation seht ihr oben.

Die hellen Punkte im Video sind Knoten aus eigentlich unsichtbarer Dunkler Materie. Viele Knoten enthalten normale Galaxien. Markant sind lange Fasern und Galaxienhaufen. Sie werden von der Gravitation der Dunklen Materie bestimmt. Statistische Vergleiche zwischen Bolshoi und Himmelskarten von Galaxien zeigen eine hohe Übereinstimmung.

Die Bolshoi-Simulation stützt zwar das Vorhandensein Dunkler Materie. Doch viele Fragen zum Universum bleiben offen: Wie ist Dunkle Materie zusammengesetzt? Was ist die Natur der Dunklen Energie? Wie entstanden die ersten Sterngenerationen und Galaxien?

Astrophysik: Sucht in der Astrophysics Source Code Library
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Abell 2744: Pandoras Galaxienhaufen

Das Bildfeld ist mit Galaxien gefüllt, in der Mitte leuchtet ein intensiv gefärbter Nebel, links unten blau, rechts oben rot, in der Mitte magentafarben.

Bildcredit: NASA, ESA, J. Merten (ITA, AOB) und D. Coe (STScI)

Beschreibung: Warum ist dieser Galaxienhaufen so durcheinander? Von einer gleichmäßigen Verteilung ist Abell 2744 weit entfernt. Er besitzt nicht nur Knoten aus Galaxien. Auch das rot gefärbte, heiße Gas im Haufen, das Röntgenlicht abstrahlt, ist offenbar anders verteilt als die dunkle Materie. Die Masse im Haufen besteht bis zu 75 Prozent aus Dunkler Materie. Sie ist im Bild blau gefärbt.

Die dunkle Materie wurde von dem Material durcheinandergewirbelt, das durch den Gravitationslinseneffekt die Verzerrung der Galaxien im Hintergrund hervorrief. Das Durcheinander stammt anscheinend von einer Zeitlupenkollision von mindestens vier kleineren Galaxienhaufen im Laufe einiger Milliarden Jahre.

Dieses Bild kombiniert Bilder im sichtbaren Licht vom Weltraumteleskop Hubble und dem Very Large Telescope VLT der ESO mit Bildern im Röntgenlicht des Weltraumteleskops Chandra. Abell 2744, der auch Pandorahaufen genannt wird, ist mehr als zwei Millionen Lichtjahre breit. Er ist mit einem wirklich großen Teleskop im Sternbild Bildhauer zu sehen.

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