Das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA hat im Zentrum der benachbarten Andromeda-Galaxie ein Signal entdeckt, das auf die Präsenz der rätselhaften Dunklen Materie hindeuten könnte. Das Gammastrahlensignal ist vergleichbar mit einem, das von Fermi im Zentrum unserer eigenen Milchstraßen-Galaxie beobachtet wurde.
Gammastrahlen sind die energiereichste Form von Licht und werden von den energetischsten Phänomenen im Universum erzeugt. In Galaxien wie der Milchstraßen-Galaxie kommen sie häufig vor, weil kosmische Strahlen (Teilchen, die sich mit fast Lichtgeschwindigkeit bewegen) Gammastrahlen produzieren, wenn sie mit interstellaren Gaswolken und Sternlicht interagieren.
Überraschenderweise sind die Gammastrahlen in den neuesten Fermi-Daten von der Andromeda-Galaxie, auch bekannt als Messier 31 (M31), auf das galaktische Zentrum begrenzt anstatt in der gesamten Galaxie vorzukommen. Um diese ungewöhnliche Verteilung zu erklären, vermuten Wissenschaftler, dass die Emissionen von verschiedenen unbestimmten Quellen stammen könnten. Eine davon könnte Dunkle Materie sein – eine unbekannte Substanz, die einen Großteil des Universums ausmacht.
„Wir gehen davon aus, dass sich Dunkle Materie in den innersten Regionen der Milchstraßen-Galaxie und anderer Galaxien ansammelt, daher ist die Entdeckung solch eines kompakten Signals sehr spannend“, sagte der leitende Wissenschaftler Pierrick Martin, ein Astrophysiker vom National Center for Scientific Research und vom Research Institute in Astrophysics and Planetology in Toulouse (Frankreich). „Messier 31 wird ein Schlüssel dafür sein zu verstehen, was dies für die Andromeda-Galaxie und die Milchstraßen-Galaxie bedeutet.“
Eine Abhandlung, die die Ergebnisse beschreibt, wird in einer kommenden Ausgabe des Astrophysical Journal veröffentlicht.
Eine andere mögliche Quelle für diese Emission könnte eine starke Konzentration von Pulsaren im Zentrum der Andromeda-Galaxie sein. Diese rotierenden Neutronensterne können doppelt so viel Masse wie die Sonne besitzen und gehören zu den dichtesten Objekten im Universum. Ein Teelöffel der Materie eines Neutronensterns würde auf der Erde eine Milliarde Tonnen wiegen.
Manche Pulsare emittieren den Großteil ihrer Energie als Gammastrahlung. Weil Messier 31 rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt liegt, ist es aber schwierig, einzelne Pulsare zu finden. Um zu überprüfen, ob die Gammastrahlen von diesen Objekten stammen, können Wissenschaftler das, was sie aus Beobachtungen von Pulsaren in der Milchstraßen-Galaxie wissen, auf neue Röntgen- und Radiobeobachtungen der Andromeda-Galaxie anwenden.
Video-Link: https://youtu.be/Ndr7nQhuQ4Y
Jetzt da Fermi eine ähnliche Gammastrahlensignatur sowohl in Messier 31 als auch in der Milchstraßen-Galaxie registriert hat, können Forscher diese Information nutzen, um Rätsel in beiden Galaxien zu lösen. Beispielsweise emittiert Messier 31 wenig Gammastrahlen aus ihrer großen Scheibe, wo die meisten Sterne entstehen, was auf weniger kosmische Strahlen dort hinweist.
Weil man annimmt, dass kosmische Strahlen normalerweise mit der Sternentstehung zusammenhängen, spricht die Abwesenheit von Gammastrahlen in den äußeren Bereichen von Messier 31 entweder dafür, dass die Andromeda-Galaxie die kosmischen Strahlen anders produziert, oder dafür dass sie der Galaxie schneller entkommen können. Die Untersuchung der Andromeda-Galaxie könnte Wissenschaftlern helfen, den Lebenskreislauf kosmischer Strahlen zu verstehen und wie sie mit Sternentstehungsprozessen zusammenhängen.
„Wir verstehen die Rollen der kosmischen Strahlen in Galaxien nicht komplett, oder wie sie sie durchqueren, „sagte Xian Hou, ein Astrophysiker der Yunnan Observatories von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Kunming (China), ebenfalls ein leitender Forscher dieser Arbeit. „Messier 31 lässt uns sehen, wie sich kosmische Strahlen unter Bedingungen verhalten, die anders sind als in unserer eigenen Galaxie.“
Der vergleichbare Fund in der Milchstraßen-Galaxie und in Messier 31 bedeutet, dass Wissenschaftler diese Galaxien gegenseitig als Modelle nutzen können, wenn sie schwierige Beobachtungen machen. Obwohl Fermi empfindlichere und detailreichere Beobachtungen des Milchstraßenzentrums machen kann, ist sein Blick durch Emissionen von der galaktischen Scheibe teilweise verdeckt. Aber Teleskope beobachten die Andromeda-Galaxie aus der Distanz von außen, was bei der Milchstraßen-Galaxie unmöglich ist.
„Unsere Galaxie ist der Andromeda-Galaxie so ähnlich, dass es uns wirklich hilft, sie untersuchen zu können, weil wir mehr über unsere Galaxie und deren Entstehung erfahren können“, sagte die Co-Autorin Regina Caputo vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). „Es ist so, als würde man in einer Welt ohne Spiegel leben, aber man hätte einen Zwilling und man könnte alle physischen Eigenschaften des Zwillings sehen.“
Obwohl mehr Beobachtungen erforderlich sind, um die Quelle der Gammastrahlenemissionen zu bestimmen, bietet die Entdeckung einen aufregenden Anfangspunkt, um mehr über beide Galaxien und vielleicht auch etwas über die noch schwer zu erfassende Natur der Dunklen Materie zu erfahren. „Wir müssen noch viel über den Gammastrahlenhimmel lernen“, sagte Caputo. „Je mehr Informationen wir haben, desto mehr Informationen können wir in Modelle über unsere eigene Galaxie einfließen lassen.“
Das Fermi Gamma-ray Space Telescope der NASA ist eine Partnerschaft von Astrophysik und Teilchenphysik. Es wurde in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium und mit wichtigen Beiträgen von akademischen Institutionen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den Vereinigten Staaten entwickelt.
(THK)
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