ALMA spürt Dunkle Galaxie auf

Dunkle Begleiter: Astronomen haben eine Methode entwickelt, mit der sich von Dunkler Materie dominierte Galaxien besser aufspüren lassen als bisher. In Aufnahmen des ALMA-Teleskope entdeckten sie eine Dunkle Galaxie anhand subtiler Verzerrungen am Rand einer Graviationslinse. Dieser Fund könnte helfen zu erklären, warum in vielen Galaxien bisher weit weniger Masse gefunden wurde als den Modellen nach vorhanden sein müsste.

Galaxien wie unsere Milchstraße müssten eigentlich deutlich mehr Materie enthalten, als bisher durch Sterne und die umgebenden Zwerggalaxien nachweisbar sind. Schon länger vermutet man daher, dass sich diese fehlende Masse vor allem im Halo der Galaxien als Dunkle Materie versteckt – beispielsweise in Form der sogenannten Dunklen Galaxien – Zwerggalaxien, die nur wenig Sterne, aber umso mehr Dunkle Materie enthalten.

Verräterische Verzerrungen

Doch diese Dunklen Galaxien sind schwer aufzuspüren. Sie machen sich fast nur durch ihre Schwerkraftwirkung bemerkbar, doch diese wird von der Gravitation der größeren Galaxien überdeckt, in deren Halo sie liegen. Yashar Hezaveh von der Stanford University und seine Kollegen haben nun jedoch eine Methode gefunden, wie sie diese Dunklen Begleiter dennoch finden können.

„Wir können diese unsichtbaren Objekte auf ähnliche Weise finden, wie man Regentropfen auf einer Scheibe sieht: Man weiß, dass sie da sind, weil sie das Bild der dahinterliegenden Objekte verzerren“, erklärt Hezaveh. Die Funktion der Regentropfen nehmen dabei in der Astronomie die Gravitationslinsen ein. Bei diesen sorgt die große Schwerkraft einer Galaxie im Vordergrund dafür, dass das Licht ferner Sterne und Galaxien verzerrt und vergrößert wird.

Die Teleskope von ALMA sind sensibel genug, um die verräterischen Signalmuster im Halo von Gravitationslinsen zu erkennen. © ESO/ B. Tafreshi

Versteckte Dunkle Galaxie

Für ihre Studie entwickelten die Forscher ein Verfahren, über das sich subtile Verzerrrungen in den Aufnahmen von Gravitationslinsen aufschlüsseln lassen. Mit Hilfe von Supercomputern durchsuchten die Forscher die Aufnahmen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile nach diesen verräterischen Radiosignalen – und wurden fündig.

Im Halo einer großen, rund vier Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien entdeckten die Astronomen ein verräterisches Signalmuster, dass auf die Existenz einer kleinen Dunklen Galaxie in ihrem Außenbereich hindeutet. „Unsere Daten belegen, dass ALMA diese Dunkle-Materie-Strukturen noch bis hinunter zu rund zehn Millionen Sonnenmassen registrieren kann“, sagen die Forscher. Das könnte die bisherigen Probleme bei der Suche nach der fehlenden Masse vieler Galaxien lösen helfen.

Erklärung für Diskrepanz zwischen Modell und Beobachtungen?

„Die Diskrepanz zwischen den gefundenen Satelliten-Galaxien und ihren vorhergesagten Häufigkeiten ist seit gut zwei Jahrzehnten ein Hauptproblem der Kosmologie – es wird von manchen sogar als ‚Krise‘ bezeichnet“, erklärt Koautor Neal Dalal von der University of Illinois. „Doch wenn diese Objekte durch Dunkle Materie dominiert werden, dann könnte das die Diskrepanz erklären und uns neue Einblicke in die Natur der Dunklen Materie liefern.“

Die neue Methode, kombiniert mit der Auflösungsstärke von Radioteleskopen wie ALMA, könnte diese Dunklen Galaxien künftig besser aufspüren und so zeigen, ob diese Annahme stimmt – oder ob es wirklich weniger Masse gibt als es die Modelle vorhersagen. „Wenn diese Halo-Objekte nicht da sind, dann kann unser aktuelles Modell der Dunklen Materie nicht richtig sein“, meinst Koautor Daniel Marrone. „Dann müssen wir unsere bisherigen Vorstellungen wohl anpassen.“

Noch aber hoffen die Astronomen, dass sie richtig liegen und sie die fehlenden Galaxien einfach noch nicht gefunden haben. (Astrophysical Journal, in press; arXiv:1601.01388)

(NRAO, 18.04.2016 – NPO)