Dunkle Materie gilt als das unsichtbare Gerüst, an dem sich Galaxien aufhängen: Sie liefert die zusätzliche Schwerkraft, die Sterne und Sternhaufen auf ihren rasanten Bahnen zusammenhält. Umso erstaunlicher ist, was eine Forschungsgruppe der Universität Yale nun gemeldet hat. Im Umfeld der großen Galaxie NGC 1052 haben die Astronomen eine weitere Zwerggalaxie gefunden, die offenbar völlig ohne Dunkle Materie auskommt – und sie liegt in einer rätselhaften, fast schnurgeraden Reihe weiterer solcher Objekte.
Eine Galaxie, die zu langsam ist
Bei dem neuen Fund handelt es sich um die Galaxie NGC 1052-DF9, kurz DF9, rund 67 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit dem Cosmic Web Imager am W. M. Keck-Observatorium auf Hawaii vermaßen die Forscher die Bewegungen der Sterne in dem extrem lichtschwachen System. Das Ergebnis: Die Sterne und Sternhaufen bewegen sich deutlich langsamer, als man es bei einer normalen Galaxie erwarten würde.
Aus den gemessenen Bewegungen lässt sich die Gesamtmasse ableiten. Sie liegt bei etwa 100 Millionen Sonnenmassen – genau so viel, wie die sichtbaren Sterne allein wiegen. Steckte in DF9 der übliche Anteil Dunkler Materie, müsste die Galaxie mehr als 10 Milliarden Sonnenmassen auf die Waage bringen, also rund hundertmal mehr (Yale News). Für das zusätzliche Gewicht eines unsichtbaren Halos ist hier schlicht kein Platz.
Drei Treffer auf einer Linie
DF9 ist nicht allein. Schon zuvor hatte dieselbe Gruppe um den Yale-Astronomen Pieter van Dokkum mit DF2 und DF4 zwei Galaxien im selben Feld gefunden, denen die Dunkle Materie fehlt. Alle drei liegen auf einer geraden Linie – Teil einer Formation aus rund einem Dutzend lichtschwacher Galaxien. „Eine Linie von Galaxien ohne Dunkle Materie wurde noch nie zuvor gesehen“, erklärt Erstautor Michael Keim; der Fund liefere „einige der bisher stärksten Belege“ für einen „extremen und bislang nicht beobachteten Prozess“. Die Arbeit erschien im Fachblatt The Astrophysical Journal (IOPscience).
Die Hypothese vom „Geschoss-Zwerg“
Wie kann eine Galaxie ihre Dunkle Materie verlieren? Die Forscher favorisieren ein Szenario, das sie als „bullet dwarf“ (Geschoss-Zwerg) bezeichnen – als Hypothese, nicht als bewiesene Tatsache. Vor rund acht Milliarden Jahren sollen zwei gasreiche Zwerggalaxien frontal mit hoher Geschwindigkeit zusammengestoßen sein. Sterne und Dunkle-Materie-Teilchen durchdrangen einander dabei nahezu ungehindert, weil zwischen ihnen viel leerer Raum liegt. Das Gas dagegen prallte aufeinander, wurde abgebremst und blieb zurück – getrennt von der Dunklen Materie. Aus diesem zurückgelassenen Gas, so die Idee, bildeten sich entlang der Stoßrichtung wie auf einer Perlenschnur mehrere neue Galaxien, die von Geburt an keine Dunkle Materie besaßen.
Was es für die großen Theorien bedeutet
Paradox klingt der Befund nur auf den ersten Blick. Tatsächlich stützt er das gängige Modell der Dunklen Materie eher, als es zu erschüttern. Denn wenn sich Dunkle Materie bei einer Kollision von der normalen Materie abtrennen lässt, dann muss sie eine eigenständige physikalische Substanz sein. Van Dokkum sieht darin „überzeugende Belege dafür, dass sich Dunkle Materie wie eine physikalische Substanz verhält und nicht wie der Effekt einer alternativen Gravitationstheorie“.
Damit gerät die Modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) unter Druck. Diese Theorie kommt ohne unsichtbare Materie aus und erklärt die Bahnen stattdessen mit veränderten Gravitationsgesetzen. Gerade auf der Skala von Zwerggalaxien, wo MOND besonders gut funktionieren soll, dürfte es nach dieser Theorie aber gar keine Galaxien ohne den charakteristischen Schwerkraft-Überschuss geben. Eine ganze Kette solcher Objekte ist für MOND deshalb schwer zu erklären. Endgültig entschieden ist der Streit damit nicht – doch die rätselhafte Galaxienreihe im Feld von NGC 1052 hat ihm ein gewichtiges Argument hinzugefügt.
