Die Verzerrung stellarer Ströme ist möglicherweise nicht auf mysteriöse Materie zurückzuführen. Die Galaxie selbst könnte möglicherweise in der Lage sein, Signale aus dunkler Materie zu fälschen.

Zusammenfassung:

Astronomen hoffen seit langem, durch Lücken, Krümmungen und andere ungewöhnliche Strukturen in den Sternenströmen rund um die Milchstraße nach Beweisen für dunkle Materie zu suchen. Eine neue Studie der University of Washington zeigt jedoch, dass selbst ohne die winzigen Klumpen dunkler Materie, von denen angenommen wird, dass sie diese Merkmale erzeugen, die Gravitationsstruktur der Galaxie selbst möglicherweise das gleiche Phänomen hervorruft.

Sternströme sind längliche Bänder von Sternen, die Galaxien umkreisen. Die Forscher simulierten etwa 15.000 Sternströme in vier virtuellen Galaxien von ähnlicher Größe wie die Milchstraße und schlossen kleine Klumpen dunkler Materie, sogenannte „Subhalos der dunklen Materie“, bewusst aus. Nach dem Äquivalent von 5 Milliarden Jahren simulierter Entwicklung entwickelten fast alle Sternströme unregelmäßige Strukturen in unterschiedlichem Ausmaß, und nur 70 blieben völlig glatt.

Arpit Arora, der Erstautor der Forschungsarbeit und Postdoktorand in Astronomie an der University of Washington, sagte, dass die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Muttergalaxie selbst eine Vielzahl von Anomalien bilden kann, die in echten Sternströmen häufig vorkommen. Jetzt können Forscher zunächst die Auswirkungen der Galaxien selbst vorhersagen und dann den Anteil weiter isolieren, der möglicherweise tatsächlich durch Dunkle Materie verursacht wird.

Relevante Forschungsergebnisse wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht.

Diese Verzerrungen sind hauptsächlich auf die Inhomogenität der inneren Struktur der Galaxie zurückzuführen. In der Simulation sind Sterne nicht gleichmäßig über die Scheibe der Galaxie verteilt, sondern bilden Regionen mit unterschiedlicher Dichte, ähnlich den komplexen Strukturen in realen Galaxien. Wenn Ströme von Sternen durch dichtere Regionen wandern, können ungleichmäßige Gravitationsfelder sie biegen, zerreißen oder zerstreuen.

Alora erwartete ursprünglich, dass die Galaxie einige Anomalien erzeugen würde, aber sie hatte nicht damit gerechnet, dass es eine so große Anzahl geben würde. Er sagte, dass bei fast jedem Bach irgendeine Art struktureller Veränderung zu verzeichnen sei, was bedeute, dass die traditionelle Annahme, dass Bäche von Natur aus länglich und glatt seien, nicht unbedingt zutreffe.

Zu den Morphologien, die in der Simulation auftauchten, gehörten Wellen, Biegungen, Knicke, Vorsprünge, Verzweigungen, Lücken und Sternklumpen. Einige Sternströme werden durch die komplexe und sich ständig ändernde Gravitationsumgebung der Muttergalaxie sogar vollständig auseinandergerissen. Sternströme, die näher am Kern der Galaxie liegen, neigen dazu, unregelmäßigere Strukturen zu entwickeln, da sie häufiger dichte und strukturell komplexe Regionen passieren.

Diese Entdeckung macht es schwieriger, Sternströme zur Untersuchung der Dunklen Materie zu nutzen. Es wird angenommen, dass Dunkle Materie den größten Teil der Masse des Universums ausmacht und das „Skelett“ für die Bildung von Galaxien darstellt. Allerdings interagiert es nicht mit Licht und kaum direkt mit gewöhnlicher Materie. Auf seine Existenz können Wissenschaftler derzeit nur durch Gravitationseffekte schließen.

Nora Shipp, Assistenzprofessorin für Astronomie an der University of Washington und Mitautorin des Artikels, sagte, dass die Milchstraße eines der besten Labore für die Untersuchung dunkler Materie sei und Sternströme eines ihrer schärfsten Werkzeuge seien. Sternströme entstehen, wenn eine Gruppe von Sternen in eine Galaxie eindringt und von deren Schwerkraft erfasst wird. Während diese Gruppe von Sternen die Galaxie umkreist, wird sie durch die Schwerkraft der Galaxie in längliche Bänder gedehnt. Die meisten Galaxien mögen Sternströme haben, aber die um die Milchstraße herum sind am einfachsten zu beobachten.

Viele Sternströme in der Milchstraße weisen Lücken und Knicke auf. In der Vergangenheit haben Astronomen spekuliert, dass diese Strukturen durch Gravitationsstörungen in Sternströmen entstehen könnten, die in der Nähe von Subhalos aus dunkler Materie vorbeiziehen. Wenn diese Erklärung zutrifft, dürfte die Form des Sternstroms den Wissenschaftlern dabei helfen, die Zusammensetzung und Verteilung der Dunklen Materie zu verstehen.

Neue Simulationen zeigen jedoch, dass Forscher, bevor sie diese Verzerrungen der Dunklen Materie zuschreiben können, zunächst ähnliche Effekte aus der Wirtsgalaxie selbst ausschließen müssen. Arora plant, Klumpen dunkler Materie wieder in nachfolgende Simulationen einzubeziehen und zu testen, ob sie einzigartige Muster erzeugen, die von den Auswirkungen der Galaxie selbst unterscheidbar sind.

Zukünftige Beobachtungen könnten Wissenschaftlern auch dabei helfen, diese Unterscheidung zu treffen. Es wird erwartet, dass das Simoni Survey Telescope der National Science Foundation und das Vera C. Rubin Observatory des Energieministeriums weitere Teile des Sternstroms der Milchstraße entdecken. Eine größere Menge an Beobachtungsdaten könnte Astronomen dabei helfen, verschiedene Strukturen in Sternströmen zu klassifizieren und sicherer nach „Fingerabdrücken“ zu suchen, die mit dunkler Materie in Zusammenhang stehen.

James Davenport, wissenschaftlicher Assistenzprofessor für Astronomie an der University of Washington, wies darauf hin, dass es keinen einfachen und direkten Weg gibt, die Struktur der Dunklen Materie aufzudecken. Obwohl Sternströme komplexe Systeme sind, sind sie immer noch eine der wertvollsten Möglichkeiten, dunkle Materie in der Nähe des Sonnensystems zu untersuchen.