Astronomen durchkämmen Daten aus dem ESA-Raumsonde Gaia haben entdeckt, was sie eine Geistergalaxie nennen. Die Galaxie mit dem Namen Antlia 2 (Ant 2) ist eine extrem geringe Dichte Zwerggalaxie die in den frühen Tagen des Universums gebildet wurde. Und es wird durch die Gezeitenkräfte der Milchstraße seiner Masse beraubt.

Diese Geistergalaxie hat sich die ganze Zeit in Sichtweite versteckt. Seine geringe Dichte machte es schwer zu erkennen, ebenso wie seine Position. Es ist hinter dem Mantel der Scheibe der Milchstraße versteckt, in einem Gebiet, das Astronomen als „Zone of Avoidance“ (ZOA) bekannt sind. Aber es ist riesig: Es hat die gleiche Größe wie die Große Magellansche Wolke und ein Drittel der Größe der Milchstraße.

Ein internationales Astronomenteam fand Ant 2 bei der Durchsicht der zweiten Datenfreigabe der Raumsonde Gaia. Sie suchten nach Zwerggalaxien in der Nähe der Milchstraße, indem sie nach suchten RR Lyra Sterne . RR Lyrae sind variable Sterne, die als Standardkerzen verwendet werden. Sie sind alte, metallarme Sterne, die normalerweise in Zwerggalaxien zu finden sind. Wenn Sie also RR-Lyrae-Sterne finden, haben Sie wahrscheinlich eine Zwerggalaxie gefunden.

In mancher Hinsicht ist Ant 2 wie andere Zwerggalaxien. Alle Galaxien, auch Zwerggalaxien wie diese, entstehen in Verbindung mit Dunkler Materie. Wie der Name schon sagt, sind Zwerge kleiner und haben weniger Sterne als andere Galaxien. Eine Zwerggalaxie könnte nur hundert Millionen Sterne haben, vielleicht sogar ein paar Milliarden. Sie werden von unserer eigenen Milchstraße mit 200 bis 400 Milliarden Sternen in den Schatten gestellt.

„Dies ist ein Geist einer Galaxie. Objekte, die so diffus wie Ant 2 waren, hat man noch nie zuvor gesehen.“ – Gabriel Torrealba, Hauptautor.

Auch die Sterne in einer Zwerggalaxie sind anders als die Sterne in anderen Galaxien. Zwerggalaxien waren einige der ersten Strukturen, die sich im Universum bildeten, daher sind ihre Sterne älter und metallarm. Sie wurden in den frühen Tagen gebildet, bevor aufeinanderfolgende Generationen von Sternen das Universum mit Metallen besät hatten.

Viele Zwerggalaxien unterliegen den Gravitationswellen der größeren Galaxien in ihrer Nähe, und Ant 2 ist keine Ausnahme. Sie werden oft in Richtung größerer Galaxien gezogen und durch diese Wechselwirkungen auseinandergerissen. Dies kann zu Galaxienverschmelzungen führen, und genau das könnte bei Ant 2 passieren.

Aber die Geistergalaxie Ant 2 unterscheidet sich von anderen Zwergen. Es gibt sehr wenig Licht. Im Vergleich zu einer anderen Satellitengalaxie der Milchstraße, der Großen Magellanschen Wolke, ist sie 10.000 Mal lichtschwächer. Je nachdem, wie man es betrachtet, ist es entweder zu groß für seine Leuchtkraft oder zu dunkel für seine Größe.

„Dies ist ein Geist einer Galaxie“, sagte Gabriel Torrealba, der Hauptautor der Zeitung. „Objekte, die so diffus wie Ant 2 waren, hat man noch nie zuvor gesehen. Unsere Entdeckung war nur dank der Qualität der Gaia-Daten möglich.“

Künstlerische Darstellung der Raumsonde Gaia. Astronomen, die Gaias zweite Datenfreigabe durchkämmten, fanden die Geistergalaxie Ant 2. Bildquelle: ESA/ATG medialab

Die Gaia-Mission der ESA hat den bisher umfangreichsten Sternenkatalog produziert, einschließlich hochpräziser Messungen von fast 1,7 Milliarden Sternen. Es hat bisher ungesehene Details unserer Heimatgalaxie enthüllt und gezeigt, wie sich die Milchstraße gebildet hat vor 10 Milliarden Jahren mit einer anderen Galaxie verschmolzen. Anfang dieses Jahres hat Gaias zweite Datenveröffentlichung Wissenschaftlern weltweit neue Details zu Sternen in der Milchstraße zur Verfügung gestellt, und es war eine Fundgrube für Astronomen, einschließlich des Teams hinter der Geistergalaxie.

Eine grafische Zusammenfassung von Gaias zweiter Datenveröffentlichung. Bildnachweis: Von ESA, CC BY-SA 3.0-igo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68049468

Das Astronomenteam hinter dem lernen kommen aus Taiwan, Großbritannien, den USA, Australien und Deutschland. Sie durchsuchten Gaias zweite Datenfreigabe nach RR-Lyrae-Sternen, in der Hoffnung, weitere Zwerggalaxien zu finden. Diese alten Sterne haben gut verstandene Helligkeitsimpulse, die einen halben Tag dauern, also sind sie sehr nützlich.

„RR Lyrae wurde in jedem bekannten Zwergsatelliten gefunden. Als wir also eine Gruppe von ihnen über der galaktischen Scheibe fanden, waren wir nicht völlig überrascht“, sagte Co-Autor Vasily Belokurov vom Cambridge Institute of Astronomy. „Aber als wir uns ihre Position am Himmel genauer ansahen, stellte sich heraus, dass wir etwas Neues fanden, da in keiner der Datenbanken, die wir durchsuchten, zuvor identifizierte Objekte auftauchten.“

„Wir fragen uns, ob diese Galaxie nur die Spitze eines Eisbergs ist und die Milchstraße von einer großen Population fast unsichtbarer Zwerge ähnlich dieser umgeben ist.“ – Co-Autor Matthew Walker, Carnegie Mellon University.

Das Team benachrichtigte seine Kollegen bei der Anglo-Australian Telescope (AAT) in Australien. Unter einem engen Zeitrahmen haben Astronomen des AAT die Spektren von mehr als 100 Roten Riesensternen in der Geistergalaxie gemessen. Diese Spektren lieferten die Bestätigung, die das Team benötigte.

Die Spektren zeigten, dass sich alle Sterne gemeinsam bewegten. Ant 2 kommt der Milchstraße nie zu nahe und bleibt immer mindestens 130.000 Lichtjahre entfernt. Die Forscher konnten auch die Masse der Galaxie ermitteln, die viel geringer war als für ein Objekt dieser Größe erwartet.

Die einfachste Erklärung für diese Geistergalaxie… Vielleicht

„Die einfachste Erklärung dafür, warum Ant 2 heute so wenig Masse zu haben scheint, ist, dass sie von den galaktischen Gezeiten der Milchstraße auseinandergenommen wird“, sagte Co-Autor Sergey Koposov von der Carnegie Mellon University. „Unerklärlich bleibt jedoch die gigantische Größe des Objekts. Normalerweise schrumpfen Galaxien, wenn sie durch die Gezeiten der Milchstraße an Masse verlieren, anstatt zu wachsen.

Ant 2 ist also für Astronomen ein Rätsel. Es ist sehr groß für etwas mit einer so geringen Masse. Das Entfernen von Masse kann die Geistergalaxie nicht größer machen; das macht keinen Sinn. Es muss noch einen anderen Grund geben, warum es an Größe zunimmt, während es an Masse verliert, aber bisher weiß niemand. Unsere aktuellen Theorien zur Galaxienentstehung sagen keine Objekte wie Ant 2 voraus.

Eine Spekulation deutet darauf hin, dass eine sehr starke Sternentstehung in Ant 2 dazu führen könnte, dass sie sich ausdehnt, während die Milchstraße ihre Masse stiehlt. Sternwinde und Supernova-Explosionen könnten das ungenutzte Gas wegdrücken, die Schwerkraft, die die Galaxie bindet, schwächen und die Ausdehnung der dunklen Materie, mit der sie verbunden ist, ermöglichen. Aber das ist nicht bewiesen.

„Selbst wenn die Sternentstehung die Verteilung der Dunklen Materie in Ant 2 so verändern könnte, wie sie zusammengestellt wurde, muss sie mit beispielloser Effizienz gewirkt haben“, sagte Co-Autor Jason Sanders, ebenfalls aus Cambridge.

Eine andere Spekulationslinie betrifft die Dunkle Materie selbst, vielleicht eine andere Art von Dunkler Materie. Die aktuelle Theorie sagt voraus, dass sich die Dunkle Materie im Zentrum von Galaxien eng zusammenballt. Aber die diffuse, verteilte Natur von Ant 2 könnte bedeuten, dass eine Art dunkler Materie am Werk ist, die sich nicht so leicht anhäuft. Wie das Team in seinem Papier sagt: „Der Ursprung dieses Kerns kann mit aggressivem Feedback übereinstimmen oder sogar Alternativen erfordern kalte dunkle Materie (wie ultraleichte Bosonen).“

„Im Vergleich zum Rest der 60 oder so Satelliten der Milchstraße , Ant 2 ist ein Sonderling“, sagte Co-Autor Matthew Walker, ebenfalls von der Carnegie Mellon University. „Wir fragen uns, ob diese Galaxie nur die Spitze eines Eisbergs ist und die Milchstraße von einer großen Population fast unsichtbarer Zwerge ähnlich dieser umgeben ist.“

Eine seltsame Geistergalaxie wie Ant 2 zu finden, ist verwirrend, aber es war nicht völlig unerwartet. Da die Nachweismethoden empfindlicher geworden sind, wurden immer dunklere Satellitengalaxien gefunden. Es war wohl nur eine Frage der Zeit, bis man hier im ZOA . Aber ob es der einzige ist, den wir jemals finden, oder ob wir dank der Kraft der Raumsonde Gaia auf den ersten von vielen gestoßen sind, ist noch offen. In jedem Fall bringt es Astronomen dazu, ihre praktikabelsten Theorien zu überdenken.

Quellen:

• Pressemitteilung der Universität Cambridge: „Gaia entdeckt nebenan eine ‚Geistergalaxie‘“
• Forschungsbericht: „Der verborgene Riese: Entdeckung eines riesigen galaktischen Zwergsatelliten in Gaia DR2“
• ESA Gaia-Seite
• Wikipedia: RR Lyra Sterne