Astrophysiker Behaupten, Sie Hätten Eine "Galaxie Ohne Dunkle Materie" Gefunden

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Dunkle materie sollte, wenn sie existiert, überall sein. Aber wissenschaftler haben gerade eine galaxie entdeckt, die überhaupt keine zu haben scheint.

Hier ist ein Problem: Das Universum wirkt, als wäre es viel massiver, als es aussieht.

Nehmen Sie Galaxien, diese riesigen, sich drehenden Sterne. Die Gesetze der Bewegung und der Schwerkraft sagen uns, wie schnell sich diese Objekte angesichts ihres Volumens drehen sollten. Beobachtungen durch Teleskope zeigen jedoch, dass sie sich viel schneller drehen, als wir erwarten würden, als wären sie tatsächlich viel massiver als die Sterne, die wir sehen können.

Astrophysiker haben zwei Hauptlösungen für dieses Problem gefunden. Entweder gibt es im Universum eine Menge Masse, die wir nicht direkt erkennen können, Massenwissenschaftler nennen dunkle Materie, oder es gibt keine dunkle Materie da draußen, aber etwas fehlt in unseren Gesetzen der Schwerkraft und der Bewegung. Forscher nennen die zweite vorgeschlagene modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND), die besagt, dass das Universum ohne dunkle Materie sinnvoll wäre, wenn die Gesetze richtig angepasst werden.

Ein neues Papier, das heute (28. März) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, liefert überzeugende Beweise dafür, dass es wirklich dunkle Materie gibt und dass eine Änderung der Gesetze der Physik das Gewichtsproblem des Universums nicht von alleine lösen würde. [Die 18 größten ungelösten Geheimnisse der Physik]

In dieser Studie fanden die Forscher ein Objekt, das in einem Universum mit dunkler Materie existieren könnte, das aber in einem MOND-Universum nahezu unvorstellbar wäre: eine völlig normale Galaxie, die scheinbar ohne dunkle Materie wirkt.

Die Forscher entdeckten zunächst die Galaxie NGC 1052-DF2 durch das Dragonfly-Telephoto-Array. Nach langen Beobachtungen durch Teleskope wie Hubble und Hawaiis Gemini und W.M. In Keck-Observatorien stellten die Forscher fest, dass sich die Galaxie genau so verhält, wie es unsere Gesetze der Physik vorhersagen - ohne dass dunkle Materie korrigiert werden muss. Es bewegt sich genauso schnell, wie die üblichen alten Gesetze der Astrophysik vermuten lassen, wenn man es nach der Masse der Sterne berechnet, die die Forscher sehen können. Und diese Normalität ist zutiefst seltsam.

Das Dragonfly Telephoto Array ist ein Roboter-Sky-Watcher, der durch mehrere normale Canon-Objektive aus dem All in den Weltraum blickt.

Das Dragonfly Telephoto Array ist ein Roboter-Sky-Watcher, der durch mehrere normale Canon-Objektive aus dem All in den Weltraum blickt.

Bildnachweis: University of Toronto und Yale University

NGC 1052-DF2 ist also ein Kratzer, egal ob Sie sich in Richtung dunkle Materie oder in Richtung MOND neigen. Aber die Physiker, die von WordsSideKick.com angesprochen wurden, um diesen Artikel zu diskutieren, sagten meistens, dass der Befund, dass dunkle Materie (bereits die dominierende Erklärung für die Seltsamkeit des Universums) gemacht wird, viel wahrscheinlicher ist.

Die Sache mit dunkler Materie oder was auch immer dazu führt, dass sich der Weltraum so seltsam bewegt, ist, dass sie vorhersagbar im ganzen Universum verteilt ist. Physiker erwarten, dass die dunkle Materie "Halo" um leichte, schwache Galaxien wie NGC 1052-DF2 besonders groß ist, und sie erwarten, dass in massereicheren Galaxien weniger Hinweise auf dunkle Materie gefunden werden. In ähnlicher Weise erwarten die Theoretiker von MOND die signifikantesten beobachtbaren Auswirkungen ihrer modifizierten Gesetze in weniger massiven Galaxien wie NGC 1052-DF2 und geringere Effekte in massereicheren Galaxien.

Kathryn Zurek, eine Astrophysikerin am Lawrence Berkeley National Laboratory, die nicht an dem Papier arbeitete, schrieb in einer E-Mail an WordsSideKick.com, dass die Entdeckung "auf der Oberfläche wie ein weiterer Nagel im Sarg von MOND erscheint", weil "das Fehlen von DM [Dunkle Materie] in dieser Galaxie zeigt, dass sich Baryonen [normale Materie] und DM tatsächlich als getrennte Substanzen verhalten. "

Mit anderen Worten, das Finden einer Galaxie ohne dunkle Materie ist ein ziemlich guter Beweis dafür, dass dunkle Materie eine echte Sache ist. Wenn es keine dunkle Materie gäbe und die derzeitigen Gesetze der Physik nur ein bisschen falsch waren, würden Sie erwarten, dass die Gesetze in NGC 1052-DF2 genauso falsch sind wie überall sonst. [8 Galaxien mit verrückten Namen]

Das bedeutet jedoch nicht, dass die Ergebnisse in dieser Arbeit auch die Theorien der dunklen Materie perfekt unterstützen.

"Es gibt Simulationen des Universums, die in der Nähe des Urknalls beginnen und zeigen, dass dunkle Materie erzeugt wurde und die normale Materie tatsächlich durch die Schwerkraft angezogen wurde, und so wurden die Galaxien gebildet", sagte Dan Bauer, Physiker am Fermi National Accelerator Laboratory studiert dunkle Materie und arbeitete nicht auf dem Papier.

Am Anfang von allem deuten diese Simulationen darauf hin, dass sich alles, was wir in der Galaxie sehen, in einem dünnen Gas ausbreitet. Aber die dunkle Materie schwebte in Büscheln. Und mit der Zeit haben diese Klumpen das Gas mit ihrer Schwerkraft angezogen. Das Gas knirschte zu Kugeln zusammen, leuchtete als Sterne auf und bildete Planeten und Galaxien. [Ist dunkle Materie weniger "klumpig" als vorhergesagt?]

"Im Grunde war es der Keim für das Anziehen normaler Materie", sagte Bauer gegenüber WordsSideKick.com. "Wenn Sie also eine Galaxie finden, die scheinbar keine dunkle Materie zu haben scheint, müssen Sie fragen:" Wie wurde sie gebildet? "

Während NGC 1052-DF2 keine grundlegenden Regeln der Theorie der dunklen Materie verletzt, sagte Bauer, die Galaxie sei überraschend und unerwartet genug, um Astrophysiker dazu zu zwingen, einige neue Modelle zu entwickeln, wie Galaxien zusammenkommen.

Stacy McGaugh, ein Astrophysiker an der Case Western Reserve University in Ohio, der sowohl an Dunkler Materie als auch an MOND gearbeitet hat und nicht an dem Papier gearbeitet hat, widersprach der Vorstellung, dass diese Galaxie MOND ablehnt oder den Fall für Dunkle Materie unterstützt.

"Ich finde diese Entdeckung in allen möglichen Zusammenhängen unwahrscheinlich", schrieb McGaugh in einer E-Mail. "Das macht es nicht falsch, nur wirklich komisch."

Wenn sich NGC 1052-DF2 so verhält, wie es in der neuen Untersuchung beschrieben wird, stellt dies die beiden Erklärungen für die fehlende Masse im Universum vor Herausforderungen. Sicher, MOND erklärt nicht leicht, dass sich eine Galaxie so verhält, als ob keine Masse fehlt. Theoretiker der dunklen Materie haben sich jedoch stark auf die Idee des "Abundance Matching" verlassen, die die Massen der Halos der dunklen Materie eng mit den Massen der Galaxien verbindet, die sie umgeben.

"Das war eine ganz normale Erfahrung von mir: Wenn ich etwas finde, das in MOND keinen Sinn ergibt, macht es normalerweise auch in dunkler Materie keinen Sinn", schrieb er.

Aber McGaugh war in dieser Perspektive ein Ausreißer.

"Das finde ich überhaupt nicht zwingend", sagte Bauer. "Für mich gibt es viele Möglichkeiten, eine solche Galaxie zu bilden - zum Beispiel bei einer Kollision mit anderen Galaxien."

McGaugh argumentierte auch, dass das Papier zu wenige Daten für Wissenschaftler verlasse, um absolut sicher zu sein, welche Schlussfolgerungen daraus gezogen würden. Die Forscher fanden die Drehgeschwindigkeit von NGC 1052 - DF2 anhand der Bewegung von 10 Objekten in der Region der Galaxie heraus. Und zehn Objekte reichen nicht aus, um die Bewegungen einer Galaxie genau zu messen, sagte er.

"Ich habe keinen Grund, an den Daten zu zweifeln, obwohl ich feststelle, dass es nur 10 Objekte gibt, die zur Messung der [Geschwindigkeit] beitragen", schrieb er. Und zehn Objekte sind nicht immer ausreichend, um die Bewegung einer Galaxie genau zu messen. "Wenn mehr Daten erfasst werden, erweist sich diese Menge manchmal als ausreichend, manchmal aber als unzureichend. Dies ist also am haarigen Rand glaubwürdig. "

Er wies auch auf die Möglichkeit hin, dass eine andere Galaxie in der Nähe die Bewegung von NGC 1052-DF2 durch ein Element von MOND verändert, das als "externer Feldeffekt" bezeichnet wird. Er sagte jedoch, er brauche genauere Daten, um mehr zu sagen.

WordsSideKick.com wandte sich an mehrere andere Experten für galaktische Rotation, um ihre Meinung über die Stärke der Messungen und Behauptungen der Zeitung zu erfahren, aber keiner reagierte mit der Zeit der Presse.

Bauer, dessen Forschung sich auf dunkle Materie konzentriert, aber nicht auf die galaktische Rotation, sagte, dass der interessanteste nächste Schritt für ihn die Simulation sein wird. Er möchte wissen, ob Forscher, die modellieren, wie sich Galaxien bilden, mit Modellen für NGC 1052-DF2 aufwarten können.

Im Moment ist ein Artikel über eine Galaxie alles andere als ein eindeutiger Beweis für die Existenz der dunklen Materie. Aber es ist ein weiterer verlockender Hinweis auf das unsichtbare Geheimnis des Universums.

Ursprünglich veröffentlicht am Live-Wissenschaft.


Videoergänzungsan: PHYSIK IM THEATER: Triumph und Tragödie – Vom Sein zum Werden (08.02.2017).




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