04.09.2008 · Kleinere Sternansammlungen verschmelzen zu großen und massereichen Galaxien: Lange Zeit war dieses hierarchische Wachstumsmodell nur Theorie. Eine internationale Forschergruppe hat für sie nun einige Belege gefunden.
Von Hermann-Michael Hahn
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Galaktischer Kannibalismus: Das hierarchische Wachstumsmodell scheint bestätigt
Dass die Milchstraße nur eines von ungezählten Sternsystemen im Kosmos ist, wissen die Astronomen seit rund 90 Jahren. Wie solche Galaxien, die mitunter mehrere hundert Milliarden Sterne enthalten, aus der anfangs ziemlich gleichmäßig verteilten Materie im expandierenden Kosmos entstanden sind, gehört dagegen zu den noch nicht ausreichend beantworteten Fragen. Licht in das Dunkel bringen jetzt unter anderem Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (Eso), die das seit längerem von den Forschern favorisierte hierarchische Wachstumsmodell bestätigen.
Es besagt, dass sich große, massereiche Galaxien aus der Verschmelzung kleinerer Sternansammlungen bilden. Wie eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Kim-Vy Tran vom Institut für Theoretische Physik der Universität Zürich in den „Astrophysical Journal Letters“ berichtet, wurden im Sternbild Becher in einer Entfernung von rund vier Milliarden Lichtjahren gleich mehrere Beispiele für dieses Zusammenwachsen massereicher Galaxien gefunden.
Elliptische Riesengalaxien
Mit zwei Hochleistungs-Spektrographen des Very Large Telescope der Eso haben die Forscher eine aus vier Untergruppen bestehende Ansammlung von insgesamt rund 200 Galaxien untersucht, die vor etwa vier Milliarden Jahren, als das heute bei uns eintreffende Licht dort ausgesandt wurde, offenbar gerade zu einem großen Galaxienhaufen zusammenwuchs. In drei dieser Untergruppen hatte die jeweils hellste Galaxie, die schon damals einige hundert Milliarden Sterne enthielt, einen ähnlich hellen und damit ähnlich massereichen „Zwilling“, der sich in so geringer Distanz befand, dass schon ein Übertrag von Materie zu beobachten war.
Die Beobachtungsdaten lassen vermuten, dass diese engen Galaxienpaare mittlerweile verschmolzen sind. Die Ergebnisse ähnlicher Verschmelzungen - die Astronomen sprechen in diesem Zusammenhang auch von galaktischem Kannibalismus - findet man in den Galaxienhaufen unserer kosmischen Nachbarschaft, das heißt im Umkreis einiger hundert Millionen Lichtjahre: elliptische Riesengalaxien, die mitunter sogar mehr als eine Billion Sterne enthalten.
Nicht ohne dunkle Materie
Auch der Beginn des Galaxienwachstums wird jetzt von jüngsten Beobachtungen weiter erhellt. In der Zeitschrift „Nature“ berichtet ein Gruppe amerikanischer Astronomen um Louis Strigari vom Institut für Physik und Astronomie der University of California in Irvine über Untersuchungen an sphärischen Zwerggalaxien in der Nachbarschaft der Milchstraße. Solche Zwerggalaxien gelten allgemein als potentielle Bausteine größerer Galaxien, und es ist aufgrund zahlreicher anderer Beobachtungen anzunehmen, dass auch unsere Galaxis sich in der Vergangenheit zahlreiche dieser Zwerggalaxien einverleibt hat.
Derzeit kennen die Astronomen neben fünf größeren Nachbarsystemen 18 Zwerggalaxien, die nur einige tausend bis Millionen Sterne enthalten. Dass die Systeme überhaupt entstehen konnten und zusammengehalten werden, wird auf eine Geburtshilfe durch die sogenannte dunkle Materie zurückgeführt. Sie soll nach dem hierarchischen Wachstumsmodell gleichsam als Gravitationskeim die Zusammenballung normaler Materie ermöglicht und damit die Voraussetzung für die Verdichtung solcher Gaswolken zu Sternen geschaffen haben.
Entscheidung im Cern?
Die Forscher aus Kalifornien haben die Geschwindigkeiten der Sterne in all diesen 18 Zwerggalaxien bestimmt und daraus die Gesamtmassen der einzelnen Systeme abgeleitet. Dabei fanden sie einen einheitlichen Wert von jeweils rund zehn Millionen Sonnenmassen - unabhängig von der Masse der enthaltenen Sterne, die weit darunter liegt. Sie schließen daraus, dass diese Zwerggalaxien eine ziemlich einheitliche Menge an dunkler Materie enthalten müssen. Daraus lassen sich interessante Rückschlüsse auf das Verhalten und die Natur der dunklen Materie ziehen.
In der Standard-Theorie hängt die Masse einer als Halo bezeichneten Konzentration dunkler Materie - die aus langsamen, massereichen Teilchen besteht - von ihrem Entstehungszeitpunkt ab. Halos von zehn Millionen Sonnenmassen beispielsweise müssten sich schon weniger als hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben. Die dunkle Materie könnte allerdings auch aus schnelleren, weniger massereichen Teilchen bestehen. Dann wären zehn Millionen Sonnen die Mindestmasse. Damit ließe sich der Beobachtungsbefund erklären. In diesem Fall sollten die Halos aus noch unbekannten Partikeln bestehen, die lediglich rund ein Fünfhundertstel der Elektronenmasse besitzen. Eine endgültige Entscheidung zwischen den Erklärungsansätzen könnte der Anfang September am europäischen Kernforschungszentrum Cern in Betrieb gehende Große Hadronen-Speicherring LHC liefern.
