// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Riesenteleskop soll Dunkle Materie in ultradiffusen Galaxien besser vermessen
Kosmische Leichtgewichte: Ultradiffuse Galaxien sind weit ausgedehnt, besitzen aber auffallend wenige Sterne. Eine neue Machbarkeitsstudie zeigt, wie ein geplanter Spektrograf am Extremely Large Telescope Kugelsternhaufen dieser Galaxien bis in rund 230 Millionen Lichtjahren Entfernung untersuchen könnte. Dadurch ließen sich konkurrierende Erklärungen für die Entstehung dieser ungewöhnlichen Sternsysteme prüfen.
Teramo (Italien). Manche Galaxien beanspruchen ähnlich viel Raum wie die Milchstraße, obwohl sie erheblich weniger Sterne enthalten. Diese sogenannten ultradiffusen Galaxien (UDGs) stellen die Modelle der Galaxienentstehung vor ein Rätsel. Warum ist ihre Sternenverteilung so weitläufig?
Von zentraler Bedeutung ist dabei die Dunkle Materie, die Galaxien in ausgedehnten, unsichtbaren Halos umgibt. Doch die geringe Helligkeit der UDGs macht es schwierig, ihre Bewegungen und die Masse solcher Halos zuverlässig zu messen.
Forscher des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) um Marco Mirabile haben nun die Möglichkeiten eines künftigen Messgeräts für dieses Problem untersucht. Ihr Ansatz nutzt kompakte Kugelsternhaufen, die sich besser beobachten lassen als das extrem schwache Sternenlicht ihrer Heimatgalaxien.
Das geplante Instrument NEXUS@SHARP ist ein Nahinfrarot-Spektrograf für das Extremely Large Telescope (ELT) in Chile. Es soll das Licht vieler Kugelsternhaufen gleichzeitig zerlegen und so ihre Geschwindigkeiten sowie Eigenschaften ihrer Sternpopulationen bestimmen. Eine adaptive Optik würde dabei das Flimmern der Erdatmosphäre weitgehend ausgleichen.
Die neue Arbeit basiert auf modellierten Belichtungszeiten und angenommenen Eigenschaften alter Sternhaufen, nicht auf neuen Messungen. Demnach könnte NEXUS Kugelsternhaufen in bis zu 60 bis 70 Megaparsec entfernten Galaxien erfassen, entsprechend rund 200 bis 230 Millionen Lichtjahren. Das wäre etwa dreimal so weit wie bisherige detaillierte spektroskopische Untersuchungen solcher Objekte.
Aus den unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Kugelsternhaufen ließe sich berechnen, wie viel Masse sie im Schwerefeld ihrer Galaxie zusammenhält. Gleichzeitig könnte ihre Anzahl eine zweite Masseschätzung liefern, weil sie im Durchschnitt mit der Masse des Dunkle-Materie-Halos zusammenhängt.
Stimmen beide Schätzungen überein und fallen hoch aus, wäre das ein Hinweis auf einst große Galaxien, deren Sternbildung früh zum Erliegen kam. Niedrige Werte würden dagegen eher zu Zwerggalaxien passen, die durch innere Prozesse oder Einflüsse ihrer Umgebung aufgebläht wurden.
Allerdings ist die Beziehung zwischen Kugelsternhaufenzahl und Halomasse für ultradiffuse Galaxien noch nicht ausreichend geklärt. Wichen die Schätzungen systematisch voneinander ab, könnte das auf Besonderheiten der Kugelsternhaufenbildung oder auf Grenzen der bisherigen Massenabschätzung hindeuten.
Zusätzliche Hinweise bieten das Alter und der Gehalt an schweren Elementen in den Kugelsternhaufen. Vergleiche mit den übrigen Sternen könnten die verschiedenen Entstehungsgeschichten unterscheidbar machen. Auch Wechselwirkungen und Zusammenstöße zwischen Galaxien bleiben als weitere Entstehungswege möglich.