Eine Untersuchung der Gravitationsverzerrung von Zwerggalaxien scheint eher eine Theorie der modifizierten Schwerkraft als die Existenz dunkler Materie zu stützen – letztere ist eine Schlüsselkomponente des Standardmodells der Kosmologie.
Dunkle Materie ist eine hypothetische Substanz, von der angenommen wird, dass sie etwa 85 % der Materie im Universum ausmacht. Seine Gravitation verhindert, dass große Objekte wie Galaxien bei ihrer Rotation auseinanderfliegen, und auch im kosmischen Mikrowellenhintergrund lassen sich Hinweise auf dunkle Materie finden – Strahlung, die kurz nach dem Urknall entstanden ist. Trotz der Fülle indirekter Beweise für Dunkle Materie wurden Teilchen der Dunklen Materie jedoch nie nachgewiesen. Infolgedessen gibt es andere Theorien, um das Verhalten von Galaxien zu erklären, einschließlich solcher, die das Gravitationsgesetz modifizieren.
Es wird angenommen, dass dunkle Materie in Halos zusammenklumpt – große Regionen dunkler Materie, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Es wird angenommen, dass Halos eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Entwicklung von Galaxien wie der Milchstraße spielen, die selbst von einem Halo aus dunkler Materie umgeben zu sein scheint.
Anfällig für Verformungen
In dieser neuesten Forschung haben Elena Asencio von der Universität Bonn und Kollegen nach Hinweisen auf Halos aus dunkler Materie um Zwerggalaxien gesucht. Dies sind die kleinsten und häufigsten Arten von Galaxien und können in Haufen oder in der Umgebung größerer Galaxien wie der Milchstraße gefunden werden. Aufgrund ihrer geringeren Masse sind Zwerggalaxien besonders anfällig für Verformungen durch die Gravitationskräfte, die innerhalb eines Haufens oder einer nahe gelegenen größeren Galaxie ausgeübt werden. Diese Verzerrungen würden jedoch verringert, wenn die Zwerggalaxien von Halos aus dunkler Materie umgeben wären.
Um dieser Idee nachzugehen, untersuchten Asencio und Kollegen Teleskopbilder des Fornax-Haufens, der reich an Zwerggalaxien ist. Die Bilder wurden vom Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte aufgenommen. Anschließend versuchten die Astronomen, die Beobachtungen mithilfe von Computersimulationen nachzubilden, die auf dem Standardmodell der Kosmologie – das auch Dunkle Materie einschließt – basieren.
Überraschenderweise war dieser Ansatz nicht erfolgreich. Tatsächlich deuten die Berechnungen des Teams darauf hin, dass die Fornax-Zwerge nach dem Standardmodell durch die Schwerkraft auseinandergerissen würden.
MOND-Hypothese
Begierig darauf, herauszufinden, was die Galaxien zusammenhält, führte das Team weitere Simulationen durch – diesmal ohne dunkle Materie und stattdessen unter Verwendung der Hypothese der modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND). MOND wurde erstmals in den 1980er Jahren vom israelischen Physiker Mordehai Milgrom entwickelt und schreibt vor, dass die Schwerkraft im Bereich niedriger Beschleunigung stärker wird. Diese Modifikation reproduziert die Rotationsbeobachtungen von Galaxien, kehrt aber in Umgebungen mit hoher Beschleunigung wie dem Sonnensystem zum Newtonschen Gesetz zurück.
Galaxienrotationsstudie schließt modifizierte Gravitation aus, oder doch?
Im Gegensatz zu dunkler Materie konnte MOND die Fornax-Beobachtungen reproduzieren und neue Zweifel an der Existenz dunkler Materie aufkommen lassen. Tatsächlich ist dies nicht die erste Studie, die darauf hindeutet, dass die Dynamik und Entwicklung einiger Galaxien nicht durch die Berufung auf Dunkle Materie erklärt werden kann – und die Zahl solcher Beobachtungen wächst. MOND und andere Theorien, die die Gravitation modifizieren, haben jedoch ihre eigenen theoretischen und beobachteten Mängel – daher ist es wahrscheinlich zu früh, ein Standardmodell aufzugeben, das dunkle Materie einbezieht.
Die Forschung ist beschrieben in Monatliche Mitteilungen des Royal Astronomical.
