Hamiltons Objekt. (Joseph DePasquale/STScI) Galaxien sind ein bisschen wie Fingerabdrücke oder Schneeflocken. Es gibt viele davon und sie können viele gemeinsame Eigenschaften haben, aber keine zwei sind genau gleich.
Als im Jahr 2013 in den fernen Teilen des Universums zwei Galaxien nebeneinander entdeckt wurden, die verblüffend ähnlich aussahen, waren die Astronomen verblüfft.
Jetzt haben sie endlich das Geheimnis dieser seltsamen Dinge gelöst 'identische Objekte' – und die Antwort könnte Auswirkungen auf das Verständnis haben Dunkle Materie .
Das Objekt, das jetzt „Hamiltons Objekt“ heißt, wurde vom Astronomen Timothy Hamilton von der Shawnee State University zufällig in Daten entdeckt, die das Hubble-Weltraumteleskop vor fast einem Jahrzehnt gesammelt hatte.
Die beiden Galaxien schienen die gleiche Form zu haben und hatten die gleichen nahezu parallelen dunklen Streifen entlang des galaktischen Bulge – der zentralen Region der Galaxie, in der die meisten Sterne leben.
„Wir waren wirklich ratlos“ sagte Hamilton . „Mein erster Gedanke war, dass es sich möglicherweise um interagierende Galaxien mit gezeitenmäßig ausgestreckten Armen handelte.“ „Es passte nicht wirklich gut, aber ich wusste nicht, was ich sonst denken sollte.“
Erst 2015 sollte eine plausiblere Antwort gefunden werden. Als der Astronom Richard Griffiths von der Universität Hawaii sah, wie Hamilton sein Objekt bei einem Treffen vorstellte, vermutete er, dass der Übeltäter ein seltenes Phänomen sein könnte: die Gravitationslinse.
Dabei handelt es sich um ein Phänomen, das lediglich auf eine zufällige Ausrichtung massiver Objekte im Raum zurückzuführen ist. Befindet sich ein massives Objekt direkt zwischen uns und einem weiter entfernten Objekt, kommt es aufgrund der gravitativen Krümmung der Raumzeit um das nähere Objekt zu einem Vergrößerungseffekt.
Jedes Licht, das dann durch diese Raumzeit wandert, folgt dieser Krümmung und gelangt in unterschiedlichem Maße verschwommen und verzerrt in unsere Teleskope – oft aber auch vergrößert und verdoppelt.
Illustration des Gravitationslinseneffekts. ( NASA, ESA und L. Calçada )
Dies ergab viel mehr Sinn als zwei identische Galaxien, insbesondere als Griffiths ein weiteres Duplikat der Galaxie fand (wie im Bild unten zu sehen ist).
Es blieb jedoch ein großes Problem: Was verursachte die Gravitationskrümmung? Also machten sich Griffiths und sein Team daran, Himmelsvermessungsdaten nach einem Objekt zu durchsuchen, das massiv genug ist, um den Linseneffekt zu erzeugen.
Und sie haben es gefunden. Zwischen uns und Hamiltons Objekt lauert ein Galaxienhaufen, der bislang nur unzureichend dokumentiert wurde. Normalerweise gehen diese Entdeckungen in die entgegengesetzte Richtung: Zuerst wird der Haufen identifiziert, und dann machen sich Astronomen auf die Suche nach dahinter liegenden Linsengalaxien.
Die Arbeit des Teams ergab, dass Hamiltons Objekt etwa 11 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, und die Arbeit eines anderen Teams ergab, dass der Cluster etwa 7 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.
Die Galaxie selbst ist eine Balkenspiralgalaxie, deren Rand uns zugewandt ist und die eine klumpige und ungleichmäßige Sternentstehung durchläuft, stellten die Forscher fest. Mithilfe von Computersimulationen konnte dann festgestellt werden, dass die drei duplizierten Bilder nur erstellt werden konnten, wenn die Verteilung der Dunklen Materie in kleinen Maßstäben gleichmäßig ist.
(Joseph DePasquale/STScI)
„Es ist großartig, dass wir nur zwei Spiegelbilder benötigen, um den Maßstab dafür zu bekommen, wie klumpig oder nicht dunkle Materie an diesen Positionen sein kann“, sagte die Astronomin Jenny Wagner der Universität Heidelberg in Deutschland.
„Hier verwenden wir keine Objektivmodelle.“ Wir nehmen einfach die Observablen der mehreren Bilder und die Tatsache, dass sie ineinander umgewandelt werden können. Sie können nach unserer Methode ineinander gefaltet werden. „Das gibt uns bereits eine Vorstellung davon, wie glatt die Dunkle Materie an diesen beiden Positionen sein muss.“
Die beiden identischen nebeneinander liegenden Bilder wurden erstellt, weil sie sich über eine „Welle“ in der Raumzeit erstrecken – einen Bereich mit der größten Vergrößerung, der durch die Schwerkraft eines Filaments aus dunkler Materie entsteht. Solche Filamente Es wird angenommen, dass sie das Universum in einem riesigen, unsichtbaren kosmischen Netz verbinden, Galaxien und Galaxienhaufen verbinden und sie mit Wasserstoffgas versorgen.
Aber wir wissen nicht wirklich, was dunkle Materie ist, daher ist jede neue Entdeckung, die es uns ermöglicht, zu kartieren, wo sie ist, wie sie verteilt ist und wie sie den Raum um sie herum beeinflusst, ein weiterer Beweis, der uns letztendlich bei der Lösung des Rätsels helfen wird.
„Wir wissen, dass es sich um irgendeine Form von Materie handelt, aber wir haben keine Ahnung, was das Teilchen ist, aus dem es besteht.“ Griffiths erklärte .
„Wir wissen also überhaupt nicht, wie es sich verhält.“ Wir wissen nur, dass es Masse hat und der Schwerkraft unterliegt. Die Bedeutung der Größengrenzen für die Klumpenbildung oder Glätte besteht darin, dass sie uns einige Hinweise darauf geben, um was für ein Partikel es sich handeln könnte. „Je kleiner die Klumpen dunkler Materie sind, desto massereicher müssen die Teilchen sein.“
Die Forschung wurde im veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .