Zwerggalaxie ohne Dunkle Materie

Überraschende Entdeckung wirft alternative Gravitationstheorien über den Haufen

Die 65 Millionen Lichtjahre entfernte Zwerggalaxie NGC 1052-DF2 enthält keine Spur Dunkler Materie. Das zeigt die Vermessung der Eigenbewegung von zehn Kugelsternhaufen des Sternsystems durch ein internationales Forscherteam. Üblicherweise enthalten solche Galaxien 400-mal mehr Dunkle Materie als Sterne. Der Überraschungsfund zeige nicht nur, dass Dunkle Materie eine eigenständige Substanz ist, die sich von normaler Materie trennen lasse. Sie werfe zugleich alternative Gravitationstheorien, die versuchen, ohne Dunkle Materie auszukommen, über den Haufen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Bereits in den 1930er Jahren zeigten Beobachtungen der Bewegungen von Sternen in Galaxien und Galaxien in Galaxienhaufen, dass die wirkenden Anziehungskräfte erheblich größer sind als allein aufgrund der sichtbaren Materie zu erwarten. Es müsse also, so folgerten die Astronomen, zusätzlich eine unsichtbare Materieform geben, die Galaxien und Galaxienhaufen mit ihrer Schwerkraft zusammenhält. Diese „Dunkle Materie“ macht im Durchschnitt 80 Prozent der Masse im Kosmos aus.

„Dabei sind die Masse des dunklen Halos einer Galaxie und seine Gesamtmasse in Form von Sternen eng aneinander gekoppelt, wie systematische Untersuchungen zeigen“, schreiben Pieter van Dokkum von der Yale University in den USA und seine Kollegen. „Das Verhältnis dieser Massenanteile hat ein Minimum mit einem Wert von 30 bei Galaxien ähnlich der Milchstraße und steigt sowohl für größere als auch für kleinere Galaxien an.“ Extrem diffuse Zwerggalaxien wie NGC 1052-DF2 enthalten typischerweise etwa 400-mal mehr Dunkle Materie als normaler Materie in Form von Sternen.

Doch die Messungen von van Dokkum und seinen Kollegen lieferte ein anderes Ergebnis. NGC 1052-DF2 enthält etwa 200 Millionen Sonnenmassen in Form von Sternen. Und aus der Eigenbewegung der Kugelsternhaufen lässt sich eine Gesamtmasse von maximal 340 Millionen Sonnenmassen ableiten. Im Rahmen der Genauigkeit beider Messungen sind diese Ergebnisse damit verträglich, dass die Gesamtmasse mit der Masse aller Sterne übereinstimmt – die Zwerggalaxie enthält also nur sehr wenig oder gar keine Dunkle Materie. „Das ist 400-mal weniger als wir erwartet haben“, so die Forscher.

Dieser überraschende Befund zeige, dass Dunkle Materie auf der Skala von Galaxien nicht, wie bislang angenommen, stets an die normale „baryonische“ Materie gekoppelt ist. „Es handelt sich also um eine unabhängige Substanz, die in einer Galaxie vorhanden sein kann oder auch nicht“, stellen van Dokkum und seine Kollegen fest. Die Forscher vermuten, dass die Entstehungsgeschichte des Sternsystems für die Abwesenheit von Dunkler Materie verantwortlich ist. Normalerweise bilden sich zunächst Verdichtungen aus Dunkler Materie, in denen sich dann normale Materie ansammelt, aus der Sterne entstehen. NGC 1052-DF2 könnte dagegen aus Gas entstanden sein, dass bei einer Galaxienkollision ausgestoßen wurde, oder aus intergalaktischem Gas, das von der Strahlung eines Quasars zusammengeschoben wurde, spekulieren die Wissenschaftler.

Unabhängig von der Entstehungsgeschichte hat die Entdeckung der ungewöhnlichen Zwerggalaxie Konsequenzen für alternative Theorien, die versuchen, ohne die bislang mysteriöse Dunkle Materie auszukommen. Bei diesen Ansätzen versuchen Forscher, mithilfe von Änderungen des Gravitationsgesetzes die Bewegung von Sternen und Galaxien zu erklären. Dabei hängt die Dynamik – und die dadurch „vorgetäuschte“ Dunkle Materie – aber stets von der vorhandenen normalen Materie ab. Eine Galaxie wie NGC 1052-DF2 dürfte es dann jedoch nicht geben. Für die Verfechter solcher alternativen Gravitationstheorien brechen also schwere Zeiten an.

Bildquelle: Gemini Observatory / NSF / AURA / W.M. Keck Observatory / Jen Miller / Joy Pollard

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!