Sternenforscher entdecken extrem dunkle Galaxie

Von Markus Brauer

Die Dunkle Materie gehört zu den größten Rätseln der Physik. Sie ist mithilfe menschlicher Technik nicht sichtbar und wurde noch nie direkt beobachtet. Allerdings wissen die Forscher, dass sie da ist. Denn sie macht sich über ihre Schwerkraft bemerkbar.

Ohne die zusätzliche Schwerkraft der Dunklen Materie würden beispielsweise viele Galaxien durch die Fliehkraft auseinander gerissen werden, da sie sich viel zu schnell drehen.

Grundgerüst des Kosmos

Alle Sterne in unserer Galaxie, der Milchstraße, zusammengenommen machen nur nur etwa 15 Prozent der (sichtbaren) Masse aus. Der Rest – rund 80 bis 85 Prozent – ist Dunkle Materie. Sie hat die Entwicklung und Struktur unseres Universums entscheidend geprägt. Nach dem Urknall bestimmte ihre Verteilung, wo im Kosmos die ersten Sterne und Galaxien entstanden.

Der Schwerkrafteinfluss dieser unsichtbaren Materieform schuf das Grundgerüst für alle großräumigen Strukturen im Universum – von riesigen Galaxienhaufen und Filamenten des kosmischen Netzwerks bis zur Form und Bewegung der kleinsten Galaxien.

Rätsel der Dunklen Galaxien

Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, besteht aus Gas, Staub, Sternen – und zu 80 bis 85 Prozent – wie das gesamte Universum – aus Dunkler Materie. Ähnlich sieht es bei vielen anderen Galaxien aus.

In den vergangenen Jahren haben Astronomen immer mehr sogenannte Dunkle Galaxien entdeckt. Diese ultradiffusen Galaxien (UDG) sind groß und massereich, aber extrem lichtschwach und bestehen sogar zu rund 99 Prozent aus Dunkler Materie. Ihre Masse besteht zum Großteil aus nicht selbstleuchtender Materie und enthält somit nur sehr wenige bis gar keine Sterne. Daher auch der Namenszusatz „Dunkel“.

Galaxie aus Gas, kosmischen Staub und Dunkler Materie

Jetzt gibt es einen neuen, rekordverdächtigen Kandidaten: Astronomen um David Li von der University of Toronto in Kanada haben eine Galaxie ausfindig gemacht, die zu mehr als 99,99 Prozent aus Dunkler Materie zu bestehen scheint. Aufgespürt haben sie diese Candidate Dark-Galaxy-2 (CDG-2) getaufte Galaxie durch eine neue Suchmethode.

„Wir suchen nach dichten Häufungen von Kugelsternhaufen, die keiner hellen Galaxie angehören“, erklärt das Team sein Vorgehen im Fachjournal „The Astrophysical Journal Letters“. „Denn diese Haufen würden ohne ausreichende Masse nicht zusammenklumpen.“

Findet man solche eng zusammenstehenden Kugelsternhaufen ohne eine sichtbare, sie anziehende Masse, muss diese Masse konsequenterweise aus Dunkler Materie bestehen.

Für ihre Fahndung werteten Li und seine Kollegen Daten des Hubble-Weltraumteleskops aus einer Durchmusterung des Galaxienhaufens im Sternbild Perseus aus. Dieser ist etwa 240 Millionen Lichtjahre entfernt und einer der nächsten reichen Galaxienhaufen mit 500 bis 1000 Galaxien. Zusätzlich nutzten die Astronomen Daten des Euclid-Weltraumteleskops zu diesem Himmelsbereich.

Dieses Teleskop der Europäischen Weltraumorganisation Esa wurde zur genauen Vermessung der Expansion des Universums entwickelt.

Cluster mit bis zu 1000 Einzelgalaxien

In 300 Millionen Lichtjahren Entfernung entdeckten die Astronomen vier Kugelsternhaufen, die auffällig dicht zusammenstanden und sich gemeinsam bewegten. Um diese Sternhaufen herum war eine schwach leuchtende Zone zu erkennen.

Diese zeigte sich auch in den Euclid-Daten. „Sie bestätigen eindeutig die Präsenz von extrem schwachem, diffusem Licht und enthüllen so erstmals die Galaxie hinter diesen Kugelsternhaufen“, berichtet Koautorin Francine Marleau von der Universität Innsbruck.

„Galaxie mit extremsten Verhältnissen“

Weitere Analysen offenbarten, dass die Candidate Dark Galaxy-2 (CDG-2) außerhalb dieser vier Kugelsternhaufen kaum Gas und Sterne enthält. „CDG-2 könnte die Galaxie mit dem bisher extremsten Verhältnis von Kugelsternhaufen zu Sternenmasse sein“, schließen die Astronomen daraus.

Die Sternhaufen machen mehr als 16 Prozent der Helligkeit und 15 Prozent der stellaren Masse dieser ultradiffusen Galaxie aus. Zwar wurden auch zuvor schon ultradiffuse Galaxien mit dominierenden Kugelsternhaufen entdeckt, diese waren jedoch insgesamt deutlich heller und sternreicher.

Zu 99,99 Prozent aus Dunkler Materie

Noch extremer ist der Anteil Dunkler Materie. Folgt diese Galaxie denselben Gesetzmäßigkeiten wie andere, dann müsste sie zu mehr als 99,99 Prozent aus Dunkler Materie bestehen. Das wäre ein neuer Rekord. Selbst nach konservativen Schätzungen läge der Dunkle-Materie-Anteil noch immer bei 99,94 bis 99,98 Prozent.

„CDG-2 könnte die am stärksten von Dunkler Materie dominierte Galaxie sein, die jemals entdeckt wurde“, resümieren die Astronomen. Ihrer Ansicht nach ist CDG-2 damit eine echte „dunkle Galaxie“. Und wahrscheinlich nur der erste Vertreter einer ganzen Klasse von Galaxien, die fast nur aus Dunkler Materie bestehen.

Weiterer Kandidat im Fokus

Die Astronomen haben auch schon einen weiteren Kandidaten im Blick: die ebenfalls im Perseus-Galaxienhaufen liegende Galaxie CDG-1. Ihre vier Kugelsternhaufen sind größer und heller als bei CDG-2, dafür scheint es fast keine diffuse Strahlung in deren Umfeld zu geben.

„Das könnte darauf hindeuten, dass CDG-1 ein Zwilling von CDG-2 in einem früheren Entwicklungsstadium ist“, schreiben die Forscher.

Bei dieser Galaxie sind noch alle Sterne in den Kugelsternhaufen konzentriert, der Rest der Galaxie bestünde nur aus Dunkle Materie. „Solche Galaxien wären ideale Testobjekte, um Modelle der Dunklen Materie zu überprüfen“, erläutern die Wissenschaftler .