Schlagwort: Dunkle Materie

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Polarring-Galaxie NGC 660

Um die Galaxie NGC 660 verläuft ein breiter Polarring mit vielen rötlichen Sternbildungsgebieten. Die Galaxie selbst wirkt leicht verzerrt.

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

Dieser kosmische Schnappschuss zeigt NGC 660. Das gestochen scharfe Kompositbild entstand aus Daten des Gemini-Nord-Teleskops auf dem Mauna Kea. Sie wurden mit Breit- und Schmalbandfiltern gewonnen.

Die Galaxie ist mehr als 20 Millionen Lichtjahre entfernt und schwimmt im nördlichen Sternbild Fische. Wegen ihrer eigenartige Erscheinung wird NGC 660 als Polarringgalaxie bezeichnet. Bei dieser seltenen Galaxienart kreist eine beträchtliche Menge an Sternen, Gas und Staub in Ringen um die Galaxie. Die Ringe stehen fast senkrecht zur Scheibe der Galaxie.

Die Konfiguration wirkt bizarr. Sie könnte entstanden sein, indem die Galaxie zufällig die Materie einer vorbeiziehenden Scheibengalaxie einfing. Die eingefangenen Trümmer wurden dabei in einen rotierenden Ring gezogen. Die gewaltige Wechselwirkung durch Gravitation könnte die zahllosen rötlichen Sternbildungsregionen im Ring um NGC 660 erklären.

Mit der Polarring-Komponente könnte man die Form des Hofes aus Dunkler Materie um die Galaxie erforschen, indem die Gravitation berechnet, welche die Dunkle Materie auf die Rotation des Ringes und die Scheibe ausübt. Dieser Hof ist an sich unsichtbar. Der Ring von NGC 660 ist breiter als die Scheibe. Er 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-Arbeitsgemeinschaft

Wie ist es, wenn man durchs Universum fliegt? Dieses simulierte Video veranschaulicht das vielleicht am besten. Es wurde aus kürzlich veröffentlichten Galaxiendaten der Sloan Digital Sky Survey SDSS erstellt.

Jeder Punkt im Video ist eine Galaxie und enthält Milliarden Sterne. Viele Galaxien gehören zu riesigen Haufen, langen Filamenten oder kleinen Gruppen. Dazwischen gibt es auch weite Lücken mit wenigen Galaxien.

Der Film beginnt mit einem Flug mitten durch einen großen, nahen Galaxienhaufen. Später kreist er um das Universum, das mit der SDSS aufgenommen wurde. Die Entfernung von der Erde beträgt etwa 2 Milliarden Lichtjahre, das entspricht einer Rotverschiebung von etwa 0,15.

Analysen der Positionen und Bewegungen der Galaxien stützen die Annahme, dass unser Universum nicht nur helle, sichtbare Materie enthält, zum Beispiel Galaxien etwa, sondern auch einen großen Anteil an unsichtbarer Dunkler Materie und Dunkler Energie.

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Simulation: eine Scheibengalaxie entsteht

Videocredit: Fabio Governato et al. (U. Washington), N-Body Shop, NASA Advanced Supercomputing

Wie entstehen Galaxien wie unsere Milchstraße? Da sich unser Universum für eine direkte Beobachtung der Galaxienentstehung zu langsam bewegt, wurden schnellere Computersimulationen entworfen, um das herauszufinden. Dieser Film zeigt (vorwiegend) Wasserstoff in Grün. Rechts unten läuft die Zeit in Milliarden Jahren seit dem Urknall. Dunkle Materie durchdringt alles und ist überall vorhanden, wird aber nicht gezeigt.

Zu Beginn der Simulation fällt Gas aus der Umgebung ein und sammelt sich in Regionen mit relativ hoher Gravitation. Bald entstehen zahlreiche Protogalaxien. Sie rotieren und beginnen zu verschmelzen. Nach etwa vier Milliarden Jahren entsteht ein klar definiertes Zentrum. Es bestimmt eine Region mit einem Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren und sieht nach und nach wie eine heutige Scheibengalaxie aus.

Doch nach ein paar weiteren Milliarden Jahren kollidiert diese frühe Galaxie mit einer anderen. Gasströme von anderen Galaxienverschmelzungen regnen auf diesen seltsamen, faszinierenden kosmischen Tanz herab. Als die Simulation das halbe Alter des heutigen Universums erreicht, entsteht eine einzelne, größere Scheibe. Selbst dann fallen noch Gasklumpen hinein. Manche davon sind kleine Begleitgalaxien. Sie fallen hinein und werden in der gegenwärtigen Epoche von der rotierenden Galaxie absorbiert. Damit endet der Film.

Für unsere Milchstraße sind die großen Verschmelzungen vielleicht noch nicht vorbei. Es gibt aktuelle Hinweise, dass unsere riesige Spiralgalaxienscheibe in wenigen Milliarden Jahren mit der etwas kleineren Andromeda-Spiralgalaxie kollidiert und verschmilzt.

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NGC 4449: Sternenstrom einer Zwerggalaxie

Aus der Galaxie NGC 4449 im Bild ist ein Gezeitenstrom aus Sternen gezogen, es ist der erste, der bei einer Zwerggalaxie entdeckt wurde.

Bildcredit und Bildrechte: R Jay Gabany (Blackbird Obs.), Einschub: Subaru/Suprime-Cam (NAOJ), Mitarbeit: David Martinez-Delgado (MPIA, IAC), et al.

Die irreguläre Zwerggalaxie NGC 4449 ist etwa 12,5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und liegt in den Jagdhunden (Canes Venatici). Sie ist so groß wie die Große Magellansche Wolke, eine Begleitgalaxie der Milchstraße. Ihr intensiver Abschnitt an Sternbildung ist auf diesem detailreichen Farbporträt zu sehen. Sie ist reich an jungen blauen Sternhaufen, rötlichen Sternbildungsregionen und undurchsichtigen Staubwolken. Sie ist auch die erste Zwerggalaxie, bei der ein Gezeitenstrom aus Sternen entdeckt wurde. Er ist rechts unten zart erkennbar.

Wenn ihr den Mauspfeil über das Bild schiebt, seht ihr einen Einschub des Stroms, in dem rote Riesensterne aufgelöst sind. Der Sternstrom ist der Überrest einer noch kleineren, hineinfallenden Begleitgalaxie, die von Gezeitenkräften auseinandergerissen wurde. Ihr Schicksal ist die Verschmelzung mit NGC 4449.

Kleine Galaxien mit relativ wenigen Sternen besitzen vermutlich ausgedehnte Halos aus Dunkler Materie. Weil Dunkle Materie jedoch gravitativ wechselwirkt, bieten diese Beobachtungen eine Gelegenheit, die bedeutende Rolle Dunkler Materie bei Galaxienverschmelzungen zu untersuchen. Die Wechselwirkung ist wahrscheinlich für den Ausbruch an Sternbildung in NGC 4449 verantwortlich. Das bietet einen faszinierenden Einblick in den Prozess, wie kleine Galaxien im Lauf der Zeit zusammengefügt werden.

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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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