Galaxien um Andromeda ausgerichtet: Zufall oder verborgene Struktur?

Die koplanare Organisation von Andromeda-Galaxien stellt aktuelle Modelle in Frage

Eine Modellierung eines 15-jährigen Kindes hat gerade die Debatte darüber neu entfachtKoplanare Galaxien(befindet sich auf derselben Ebene).

Die koplanare Organisation der Andromeda-Satellitengalaxien (M31) stellt aktuelle Modelle der galaktischen und kosmologischen Entstehung in Frage, da sie eine geordnete, abgeflachte Struktur aufweist, die nicht mit den Vorhersagen des Standardmodells der Kosmologie, dem ΛCDM-Modell (Lambda-Cold Dark Matter), übereinstimmt.

Galaxien bilden sich in Halos aus dunkler Materie, die quasi kugelförmig verteilt sind. Es wird erwartet, dass sich Satellitengalaxien zufällig innerhalb dieser Halos bilden und daher isotrop um die Zentralgalaxie verteilt sein sollten. Ihre räumliche Verteilung und Kinematik (Geschwindigkeiten, Drehimpuls) sollten ungeordnet sein, was auf eine Geschichte der stochastischen Akkretion von Subhalos zurückzuführen ist.

Die Große Andromedagalaxie und unsere Galaxie (Milchstraße) sind die beiden größten Galaxien der WeltLokale Gruppedie selbst Satellitengalaxien haben. Die beiden Riesenspiralen gehören zu einer noch größeren Gruppe von mindestens 20 Galaxien, darunter M31, M33, Maffei I und Maffei II, die Große und Kleine Magellansche Wolke; das Ganze wird als Lokale Gruppe bezeichnet. Alle diese Galaxien bewegen sich offenbar um ein gemeinsames Zentrum zwischen unserer Galaxie und der Andromeda-Galaxie.

Dies geschieht durch die Modellierung der Rotationen der Galaxien um AndromedaNeil Ibata, ein 15-jähriger Gymnasiast aus Straßburg im Jahr 2013, stellt die zufällige Verteilung von Galaxien im Weltraum in Frage. Etwa zwanzig Zwerggalaxien umkreisen die Andromedagalaxie. Die massereichste Galaxie ist die Triangulum-Spiralgalaxie, aber M110 und M32 sind oft in Übersichtsbildern der Andromeda-Galaxie zu sehen.

Eine 2006 veröffentlichte Studie weist darauf hin, dass eine Reihe von Satellitengalaxien koplanar sind, sich also auf derselben Ebene befinden, die durch das Zentrum der Andromeda-Galaxie verläuft. Andromeda II, NGC 185 und M110 weichen jedoch deutlich ab. Diese koplanare Verteilung der Galaxien bleibt ein Rätsel.

Wissenschaftler fragten sich, wie wahrscheinlich es sei, dass zufällig angeordnete Galaxien eine planare Struktur um die Andromeda-Galaxie bilden könnten. Im Jahr 2012 entwickelte Neil Ibata auf Wunsch seines Vaters, einem Astrophysiker, ein Modell der Bewegungen von Zwerggalaxien in der Andromeda-Galaxie. „Ich hatte gerade ein Praktikum gemacht, um die Computersprache Python zu lernen. Mein Vater schlug vor, dass ich das Gelernte in die Praxis umsetzen sollte, um Daten zu visualisieren, die er über mehrere Jahre mit seinem Team in der Andromeda-Galaxie gesammelt hatte.“

Sein VaterRodrigo Ibata(1967-) Englischer Astrophysiker am Straßburger Observatorium und sein Team analysierten die Ergebnisse. Die am 3. Januar 2013 in der britischen Zeitschrift Nature veröffentlichte wissenschaftliche Entdeckung ist wichtig, weil sie bestehende Theorien zur Dunklen Materie und zur Entstehung von Galaxien in Frage stellt. Die Modellierung dieses jungen Mannes zeigt, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass die beobachtete räumliche Ausrichtung von Zwerggalaxien ein zufälliger Zufall ist.

Monte-Carlo-Methode

Hierarchische Klassifizierung von Galaxien

Riesige Spiralgalaxien werden aus kleinen Systemen durch einen Prozess zusammengesetzt, der als hierarchische Klassifizierung bekannt ist. Um diese Riesen kreisen Zwerggalaxien, bei denen es sich wahrscheinlich um Überreste galaktischer Vorfahren handelt. Aktuelle Studien zu Zwerggalaxien in der Milchstraße haben einige Astronomen zu der Annahme geführt, dass ihre Umlaufbahnen nicht zufällig verteilt sind. Dieser Verdacht, der aktuelle Theorien zur Entstehung von Galaxien in Frage stellt, wird nun durch die Entdeckung einer Anordnung von Zwerggalaxien bestärkt, die als zusammenhängendes Ganzes die Andromeda-Galaxie umkreisen. Die Struktur ist extrem dünn, enthält aber etwa die Hälfte der Zwerggalaxien im Andromeda-System.

Rodrigo Ibata und sein Team berichten, dass 13 der 15 Satelliten im Flugzeug die gleiche Rotationsrichtung haben.

Es wurden Hypothesen vorgeschlagen, um dieses Paradoxon aufzulösen

• Cluster-Akkretion: Die koplanaren Satelliten wären zu einer gravitativ gebundenen Gruppe zusammengewachsen. Dies könnte die Orbitalkohärenz erklären.
• Problem: Diese Strukturen sollten sich schnell auflösen, es sei denn, sie sind erst kürzlich entstanden.

• Rückstände kosmologischer Filamente: Die Satelliten könnten durch Materieströme entlang von Filamenten des kosmischen Netzwerks gelenkt worden sein. Dies kann zu einer gewissen Anisotropie in der Verteilung führen, aber nicht unbedingt zu einer so dünnen oder dynamisch kohärenten Scheibe.

• Baryonische Effekte oder Gasrückkopplungen: Einige Modelle rufen baryonische Effekte hervor, die in großen ΛCDM-Simulationen ignoriert werden (wie galaktische Winde oder hydrodynamische Wechselwirkungen). Diese Effekte könnten die Satelliten strukturierter organisieren, aber es gibt noch keine direkten Beweise, die diesen Mechanismus bestätigen.

• Alternative Hypothesen: Modifikation der Schwerkraft oder Defekt des ΛCDM-Modells. Einige Autoren argumentieren, dass diese Beobachtungen auf eine Physik jenseits von ΛCDM hinweisen könnten. Theorien wie MOND (Modified Newtonian Dynamics) oder andere Formen der modifizierten Schwerkraft könnten für eine kohärentere Orbitalorganisation sorgen.