Bildnachweis: U of Chicago
Astrophysiker unter der Leitung von Andrey Kravtsov von der Universität Chicago haben einen peinlichen Widerspruch zwischen einer bevorzugten Theorie der Entstehung von Galaxien und dem, was Astronomen in ihren Teleskopen sehen, gelöst.
Astrophysiker stützen ihr Verständnis der Entstehung von Galaxien auf eine Erweiterung der Urknalltheorie, die als Theorie der kalten dunklen Materie bezeichnet wird. In dieser letzteren Theorie kollidieren und verschmelzen kleine Galaxien und induzieren Sternentstehungsschübe, die die verschiedenen Arten von massiven und hellen Galaxien erzeugen, die Astronomen heute am Himmel sehen. (Dunkle Materie hat ihren Namen von der Idee, dass 85 Prozent der Gesamtmasse des Universums aus unbekannter Materie bestehen, die für Teleskope unsichtbar ist, deren Gravitationseffekte jedoch an leuchtenden Galaxien gemessen werden können.)
Diese Theorie passt zu einigen Schlüsseldaten, die Astrophysiker in den letzten Jahren gesammelt haben. Als Astrophysiker vor einigen Jahren Supercomputersimulationen durchführten, hatten sie leider zehnmal mehr Satelliten mit dunkler Materie - Klumpen dunkler Materie, die eine große Galaxie umkreisen - als erwartet.
"Das Problem war, dass die Simulationen nicht mit den Beobachtungen der Galaxieneigenschaften übereinstimmen." sagte David Spergel, Professor für Astrophysik an der Princeton University. "Was Andreys Arbeit darstellt, ist eine sehr plausible Lösung für dieses Problem."
Kravtsov und seine Mitarbeiter fanden die mögliche Lösung in neuen Supercomputersimulationen, die sie in einem Artikel beschreiben werden, der in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. Juli erscheinen wird. "Die Lösung des Problems liegt wahrscheinlich in der Art und Weise, wie sich die Zwerggalaxien entwickeln." Sagte Kravtsov und bezog sich auf die kleinen Galaxien, die am Rande großer Galaxien leben.
Im Allgemeinen glauben Astrophysiker, dass die Bildung sehr kleiner Zwerggalaxien unterdrückt werden sollte. Dies liegt daran, dass Gas, das für die weitere Bildung von Sternen benötigt wird, von der ersten Generation explodierender Supernovae-Sterne erhitzt und ausgestoßen werden kann. Darüber hinaus erwärmt ultraviolette Strahlung von Galaxien und Quasaren, die vor etwa 12 Milliarden Jahren das Universum zu füllen begannen, das intergalaktische Gas und unterbrach die Versorgung von Zwerggalaxien mit Frischgas.
In den Simulationen stellte Kravtsov zusammen mit Oleg Gnedin vom Space Telescope Science Institute und Anatoly Klypin von der New Mexico State University fest, dass einige der heute kleinen Zwerggalaxien in der Vergangenheit massiver waren und das von ihnen gravitative Gas gravitativ sammeln konnten müssen Sterne bilden und eine Galaxie werden.
"Die Systeme, die heute eher schwach und anämisch erscheinen, könnten in ihren glorreichen Tagen für einen relativ kurzen Zeitraum Sterne bilden." Kravtsov sagte. "Nach einer Zeit schnellen Massenwachstums verloren sie den größten Teil ihrer Masse, als sie starken Gezeitenkräften von ihrer Wirtsgalaxie und anderen sie umgebenden Galaxien ausgesetzt waren."
Dieser galaktische Kannibalismus besteht auch heute noch mit vielen der "Kannibalisierten" Zwerggalaxien werden zu Satelliten, die in der Anziehungskraft größerer Galaxien umkreisen.
"Genau wie die Planeten im Sonnensystem, die die Sonne umgeben, sind unsere Milchstraßengalaxie und ihr nächster Nachbar, die Andromeda-Galaxie, von etwa einem Dutzend schwacher Zwerge umgeben." Galaxien? Kravtsov sagte. "Diese Objekte wurden vor einiger Zeit während ihrer Entwicklung von der Anziehungskraft der Milchstraße und Andromeda angezogen."
Die Simulationen waren dort erfolgreich, wo andere gescheitert waren, weil Kravtsovs Team Simulationen analysierte, die zeitlich eng beieinander lagen und eine hohe Auflösung aufwiesen. Dadurch konnte das Team die Entwicklung einzelner Objekte in den Simulationen verfolgen. Dies ist ziemlich schwierig und wird bei der Analyse kosmologischer Simulationen nicht oft durchgeführt. Aber in diesem Fall war es der Schlüssel zu erkennen, was los war und das Ergebnis zu erhalten? Kravtsov sagte.
Das Ergebnis bringt das Szenario der kalten dunklen Materie auf einen festeren Boden. Wissenschaftler hatten versucht, die wichtigsten Grundsätze des Szenarios und die Eigenschaften von Partikeln der dunklen Materie zu modifizieren, um die offensichtliche Diskrepanz zwischen Theorie und Beobachtung von Zwerggalaxien zu beseitigen. "Es stellt sich heraus, dass die vorgeschlagenen Änderungen mehr Probleme mit sich brachten als sie lösten." Kravtsov sagte.
Die Simulationen wurden am Nationalen Zentrum für Supercomputeranwendungen der Universität von Illinois in Urbana-Champaign mit Zuschüssen der National Science Foundation und der National Aeronautics and Space Administration durchgeführt.
Originalquelle: Pressemitteilung der Universität von Chicago
