Schlagwort: Dunkle Materie

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Polarring-Galaxie NGC 660

Mitten im Bild schwebt eine seitlich sichtbare, verkrmmte Polarringgalaxie, die von einem Ring aus Sterntrümmern gekreuzt wird. Darum sind Sterne lose verteilt.

Bildcredit und Bildrechte: Stephen Leshin

NGC 660 liegt mitten in dieser Himmelslandschaft im Sternbild Fische. Sie ist mehr als 20 Millionen Lichtjahre entfernt. Ihre seltsame Erscheinung kennzeichnet sie als Polarring-Galaxie. Mitglieder dieser seltenen Galaxienart besitzen eine beträchtliche Population an Sternen, Gas und Staub, die in Ringen kreisen, welche fast senkrecht zur galaktischen Scheibe stehen.

Diese bizarre Anordnung entstand vielleicht, indem die Scheibengalaxie aus einer Galaxie, die zufällig vorbeizog, Materie einfing. Dabei wurden die eingefangenen Trümmer zu einem rotierenden Ring auseinandergezogen. Mit der Polarring-Komponente kann die Form des Hofes aus Dunkler Materie erforscht werden, der eigentlich unsichtbar ist. Dazu berechnet man den gravitativen Einfluss der Dunklen Materie auf den Ring und die Scheibe.

Der Ring von NGC 660 ist breiter als die Scheibe, er ist etwa 40.000 Lichtjahre breit.

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Galaxiehnaufen Abell 1689 vergrößert das dunkle Universum

Im Bild sind viele Lichtflecken verteilt, die fast allesamt Galaxien sind. In der Mitte sind sie von einen blauen Nebel umgeben.

Credit: NASA, ESA, E. Jullo (JPL), P. Natarajan (Yale) und J.-P. Kneib (LAM, CNRS); Danksagung an H. Ford, N. Benetiz (JHU) und T. Broadhurst (Tel Aviv)

Beschreibung: Was ist mit diesem Galaxienhaufen los? Um herauszufinden, welche Formen an Materie der Haufen Abell 1689 enthält, braucht man nicht nur genaue Bilder von Teleskopen wie dem Weltraumteleskop Hubble, sondern auch detaillierte Computermodelle.

Fast jedes verschwommene gelbe Fleckchen im Bild ist eine ganze Galaxie. Eine genaue Untersuchung zeigt, dass viele Galaxien im Hintergrund auf seltsame Weise vergrößert und durch die Gravitationslinse des Haufens zu langen, gekrümmten Bögen verzerrt sind. Computeranalysen der Platzierung und Glätte dieser Bögen lassen vermuten, dass der Haufen zusätzlich zu der Materie in den Galaxien, die wir sehen, auch eine erhebliche Menge an Dunkler Materie enthält, die etwa wie in dem Modell verteilt ist, das in Purpur digital darübergelegt wurde.

Abell 1689 bleibt dennoch rätselhaft, weil die Bögen so zahlreich und vielfältig sind, dass es kein Modell für Dunkle Materie gibt, das alle Bögen erklären kann und trotzdem mit den Modellen für Dunkle Materie übereinstimmt, die für die Einschränkung ihrer Bewegung benötigt werden.

Die detailreiche Information, die durch Galaxienhaufen wie Abell 1689 verfügbar ist, lässt hoffen, dass eines Tages eine vollständige Erklärung gefunden wird, die nicht nur die Dunkle Materie in Haufen vollständig erklärt, sondern auch den Anteil an Dunkler Energie im Universum, die in der Sichtlinie zu den fernen Bögen nötig ist.

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Schwache Gravitationslinsen verzerren das Universum

In einem Quader, der von weißen Linien skizziert ist, befindet sich ein rötliches Gespinst, in dem die Bahnen von drei Objekten markiert sind. An den Enden der Bahnen sind cyanfarbene Ovale.

Credit: S. Colombi (IAP), CFHT Team

Ist das ferne Universum wirklich so, wie wir es sehen? Weltraumforschende hoffen das nicht. Die Dunkle Materie im Raum dazwischen, die normalerweise unsichtbar ist, zeigt vielleicht ihre Präsenz, indem sie Bilder aus dem fernen Universum verzerrt, ähnlich wie ein altes Fenster Bilder von der anderen Seite verformt.

Wenn man feststellt, wie sehr die Hintergrundgalaxien ungewöhnlich flach und ihren Nachbargalaxien auffallend ähnlich erscheinen, kann man die Verteilung der Dunklen Materie abschätzen, die diese schwache Gravitationslinsenverzerrung verursacht.

Mit dem Canada-France-Hawaii-Teleskop (CFHT) wurden 200.000 weit entfernten Galaxien aufgenommen. Die Auswertung der Formen dieser Galaxien lässt ein massereiches Netzwerk von verteilter Dunkler Materie vermuten. Aus künftigen Ergebnissen kann man vielleicht sogar Details dieser Verteilung erkennen.

Dieses computergenerierte Simulationsbild zeigt, wie Dunkle Materie (rot) den Lichtweg und die scheinbare Form von weit entfernten Galaxien – blau dargestellt – verzerrt.

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Hinweise auf einen riesigen Hohlraum im fernen Universum

Ganz links sind zwei Bilder, das obere zeigt eine Raumsonde, das untere Radioteleskope. Davor ist eine grüne Scheibe mit einer blauen Struktur. Von dieser geht ein grauer Trichter nach rechts, die gefasert ist. In der Mitte ist eine dunkle Stelle. Rechts endet der Trichter mit einer grünen Scheibe, die blaue, rote und gelbe Flecken hat.

Illustrationscredit: Bill Saxton, U. Minnesota, NRAO, AUI, NSF NASA

Wie entstand diese schier unermessliche Leere im Universum? Niemand weiß das genau. Das Ausmaß der Leere wird auf eine Milliarde Lichtjahre geschätzt, doch auch das wird noch untersucht. Diese Leere ist kein Loch im Raum wie etwa ein Schwarzes Loch. Es ist eher eine riesige Region im Universum, die fast frei von normaler (baryonscher) Materie und sogar Dunkle Materie ist. Vermutlich enthält sie jedoch Dunkle Energie. Offenbar ist sie auch lichtdurchlässig.

Die Existenz dieses Hohlraums wurde vorhergesagt. Es gab Vermutungen, warum es auf der Karte von WMAP ungewöhnlich kalte Stellen gibt. WMAP ist eine Sonde, sie kartierte die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB). Eine Möglichkeit ist, dass diese CMB-Region nicht wirklich kalt ist, sondern dass das Licht an dieser Stelle auf irgendeine Weise weniger stark rotverschoben ist, als es eigentlich sein müsste.

Wir kennen auch andere Hohlräume im Universum. Doch diese Leere übt anscheinend eine ungewöhnliche Anziehung durch Gravitation aus. Sie ist also vermutlich die größte solche Stelle im ganzen sichtbaren Universum. Kürzlich zeigte sich, dass man zwischen der Erde und dieser kalten Stelle ungewöhnlich wenige kosmische Radioquellen im CMB findet. So kam es dazu, dass diese riesige Leere vermutet wurde. Die künstlerische Darstellung oben zeigt die riesige kosmische Leere.

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Haufenkollision beleuchtet Rätsel um Dunkle Materie

In Abell 520 kollidieren riesige Galaxienhaufen, die Verteilung von normaler und Dunkler Materie ist unterschiedlich.

Credits: Röntgen: NASA / CXC / U. Victoria / A. Mahdavi et al.; Optisch/Linseneffekt: CFHT / U. Victoria / A. Mahdavi et al.

In Abell 520 kollidieren riesige Galaxienhaufen – so viel steht fest. Astrophysiker können jedoch nicht mit Sicherheit sagen, warum die Dunkle Materie von der normalen Materie getrennt vorkommt.

Dieses Kompositbild in verschiedenen Wellenlängen zeigt die Dunkle Materie in Falschfarbenblau, indem sorgfältig ermittelt wurde, auf welche Weise der Haufen das Licht weiter entfernter Galaxien verzerrt. Sehr heißes Gas – eine Form normaler Materie – ist in Falschfarbenrot dargestellt. Dieses Gas wurde mit dem Röntgen-Weltraumteleskop Chandra im Erdorbit erfasst. Einzelne Galaxien, in denen normale Materie vorherrscht, leuchten gelblich oder weiß.

Nach herkömmlicher Meinung werden sowohl normale als auch Dunkle Materie durch die Gravitation zusammengehalten und sollten daher in Abell 520 gleichmäßig verteilt sein. Bei genauer Betrachtung des Bildes zeigt sich jedoch ein überraschender Mangel an Dunkler Materie in der Konzentration sichtbarer Galaxien.

Eine mögliche Erklärung besagt, dass diese Diskrepanz durch die großen Galaxien verursacht wird, die in eine Art herkömmliche Gravitationsschleuder geraten sind. Einer umstritteneren Hypothese zufolge kollidiert die Dunkle Materie auf eine nie zuvor beobachtete nicht-gravitative Weise mit sich selbst.

Weitere Simulationen und Beobachtungen dieses Haufens könnten dieses Rätsel lösen.

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