Eine einsame Galaxie vor langer Zeit und weit weg

Große Galaxien, wie unsere eigene sternenklare Milchstraße, werden normalerweise von einem Funkeln begleitet Gefolge von kleineren galaktischen Satelliten, die sich auf gebundenen Bahnen um ihren massiven, leuchtenden Wirt bewegen. Dies ähnelt der Art und Weise, wie Planeten in unserem eigenen Sonnensystem gravitativ an unsere Sonne gebunden sind. Diese kleineren Satelliten führen aufgrund ihrer chaotischen Wechselwirkungen sowohl mit anderen Satelliten als auch mit ihrer größeren Wirtsgalaxie, bekannt als die, ein turbulentes Leben Primärgalaxie. Astronomen haben jedoch gelernt, das Unerwartete zu erwarten, wenn es um Objekte geht, die auf seltsame Weise durch das beobachtbare Universum tanzen, und um die ferne, uralte Galaxie, die synchronisiert wird Messier 94 (M94) hat sich als voller Überraschungen erwiesen. Im Januar 2019 gab ein Team von Astronomen ihre neuen Erkenntnisse bekannt, obwohl M94 ist ungefähr so ​​groß wie unsere Milchstraße – die reich mit einer Familie kreisender Satelliten ausgestattet ist – sie haben nur zwei Galaxien entdeckt, die M94 umkreisen. Außerdem hat das entfernte Tanzduo jeweils nur sehr wenige Sterne.

In der Astronomie ist vor langer Zeit das gleiche wie weit weg. Je weiter ein Objekt im Raum entfernt ist, desto älter ist es in der Zeit (Freizeit). Die Entdeckung des relativ Isolierten M94 legt nahe, dass im frühen Universum weniger Galaxien geboren wurden, als Astronomen erwartet hatten. Diese Möglichkeit könnte laut der Studie der Astronomen der Universität von Michigan (Ann Arbor) möglicherweise neue Fragen für die Galaxienphysik aufwerfen.

Es ist seit langem bekannt, dass unsere Milchstraße von etwa 10 kleineren Satellitengalaxien begleitet wird, die sie umkreisen und jeweils mindestens eine Million feuriger Sterne beherbergen. In der Tat ist der größte Satellit unserer Milchstraße, der Große Magellansche Wolke (LMC) enthält bis zu mehr als eine Milliarde Sterne.

Mit den Mächtigen Subaru Teleskop, Astronomen können jetzt Galaxien untersuchen, die fünf- bis zehnmal so weit von unserer Milchstraße entfernt sind, wie z M94. Sie können die Physik verwenden, um zu erklären, wie Satellitengalaxien in der Umgebung unserer Millky Way geboren werden, um die Anzahl der Satellitengalaxien einer Galaxie ähnlicher Größe vorherzusagen.

Aus diesem Grund, als die Astronomen der Universität von Michigan einen Blick darauf werfen M94Sie erwarteten eine ähnliche Anzahl von Satellitengalaxien in ihrer Umlaufbahn. Leider fanden sie nur das einsame, fast sternenlose Tanzduo. Ihre Ergebnisse, angeführt von Dr. Adam Smercina, werden in der Zeitschrift veröffentlicht Astrophysikalische Briefe. Dr. Smercina ist Stipendiatin der National Science Foundation (NSF) am Department of Astronomy der University of Michigan.

„Mehr als nur eine merkwürdige Beobachtung, wir zeigen, dass die derzeitige Anzahl von Galaxienbildungsmodellen kein solches Satellitensystem erzeugen kann. Unsere Ergebnisse zeigen, dass milchstraßenähnliche Galaxien höchstwahrscheinlich eine viel größere Vielfalt von Satellitenpopulationen beherbergen, als von einem Strom vorhergesagt wird Modell „, erklärte Dr. Smercina in einem 9. Januar 2019 Pressemitteilung der University of Michigan.

Galaxy Wonderland

Galaxien sind gravitationsgebundene Systeme aus Sternen, Staub, Gas, Sternrelikten und mysteriöser nichtatomarer Dunkler Materie. Galaxien gibt es in verschiedenen Größen und können von klein bis klein reichen Zwerge Hosting nur ein paar hundert Millionen Sterne zu Riesen das enthält hundert Billion Sternbestandteile, die sich jeweils im Orbit um den Massenschwerpunkt ihrer Galaxie befinden.

In der astronomischen Literatur bezieht sich das großgeschriebene Wort „Galaxie“ normalerweise auf unsere eigene Milchstraße und unterscheidet sie somit von anderen Galaxien. Der englische Begriff Milchstraße wurde auf eine Geschichte zurückgeführt, die der englische Dichter Geoffrey Chaucer (1340? -1400) 1380 schrieb:

„Sehen Sie dort drüben, Lo, das Galaxye

Welche Männer klopfen die Milchstraße,

Für Treffer ist warum. „

Geoffrey Chaucer, Das Haus des Ruhmes

Galaxien werden nach ihrer beobachteten Morphologie kategorisiert und im Allgemeinen als bezeichnet spiralförmig, elliptisch und irregulär– obwohl die Situation etwas komplexer ist. Es wird angenommen, dass viele, wenn nicht alle großen Galaxien a beherbergen supermassives Schwarzes Loch in ihren aktiven Herzen. Unsere eigene Milchstraße Super massiv Herz der Dunkelheit wird synchronisiert Schütze A * (ausgesprochen Schütze-A-Stern) –oder Sgr A *kurz. Es hat eine Masse von ungefähr vier Millionen Sonnen und schlummert und wird nur ab und zu aktiv, wenn ein Buffet, das aus einem Stern oder einer Gaswolke besteht, zu nahe an den Gravitationsklauen dieses im Herzen lebenden „frumious Bandersnatch“ schwebt unserer Galaxie.

Schätzungen der Anzahl der Galaxien, die das beobachtbare Universum bewohnen, reichen von 200 Milliarden bis zu einer Billion.oder mehr. Es wurde auch festgestellt, dass es im beobachtbaren Universum mehr Sterne gibt als alle Sandkörner auf der Erde. Die meisten Galaxien haben einen Durchmesser von etwa 3000 bis 300.000 Lichtjahren und sind durch Abstände in der Größenordnung von Megaparsec (Millionen Parsec) voneinander getrennt. Zum Vergleich: Unsere eigene Milchstraße hat einen Durchmesser von mindestens 100.000 Lichtjahren und ist 2,5 Millionen Lichtjahre von der Andromeda-Galaxie, ihrem nächsten großen Spiralnachbarn, entfernt.

Der Raum zwischen den Galaxien ist nicht leer – obwohl er nahe daran liegt. Stattdessen wird der intergalaktische Raum mit einem schwachen Gas gefüllt, das als das bezeichnet wird intergalaktisches Mediumund es hat eine durchschnittliche Dichte von weniger als einem Atom pro Kubikmeter. Die meisten Galaxien sind gravitativ in Gruppen, Clustern und Superclustern organisiert. Unsere eigene Milchstraße ist Mitglied der Lokale Gruppe, das von ihm und der Andromeda-Galaxie dominiert wird und ein Teil der Jungfrau Supercluster. Im größten Maßstab sind diese galaktischen Assoziationen zu Blättern und Filamenten angeordnet, die von Schwarz umgeben und fast leer sind. Hohlräume. Die größte bekannte Struktur von Galaxien ist ein Cluster von Superclustern mit dem Namen Laniakea, die die beherbergt Jungfrau Supercluster. Auf dieser Skala ähnelt das Universum einer Wabe oder einem natürlichen Schwamm, wobei Filamente und Hohlräume eng miteinander verflochten sind. In der Tat glauben einige Astronomen, dass die großräumige Struktur des Universums nur aus einem Filament besteht, das um eine einzelne Leere gewickelt ist.

Vor dem 20. Jahrhundert dachten Astronomen im Allgemeinen, dass unsere Milchstraße die einzige Galaxie im Kosmos sei und die Existenz anderer Galaxien nicht gut belegt sei. In der Tat war die Idee, dass andere Galaxien im gesamten Universum tanzten, in dieser früheren Ära so umstritten, dass sie zu dem führte, was heute als das bezeichnet wird Shapley-Curtis Große Debatte, benannt nach den beiden amerikanischen Astronomen Harlow Shapley (1885-1972) und Heber Doust Curtis (1872-1942). Während dieser Debatte artikulierten die beiden Wissenschaftler ihre gegensätzlichen Ansichten zur Identität von „Nebel“ und die Größe unserer Galaxie. Die Debatte fand am 26. April 1920 an der Nationalen Akademie der Wissenschaften in Washington DC statt. Shapley behauptete, die Milchstraße sei das gesamte Universum und alle beobachteten Nebel (Wolken)– die heute als eigenständige Galaxien anerkannt sind – befanden sich in der Milchstraße. In dramatischem Gegensatz dazu argumentierte Curtis richtig, dass die Milchstraße kleiner als das gesamte Universum sei und dass die beobachtete Nebel waren wirklich andere Galaxien ähnlich unseren eigenen.

Endlich, Ende 1923, maß der Astronom Edwin Hubble – als „Vater der modernen Beobachtungsastronomie“ bezeichnet – die Entfernung zum Andromeda-Galaxie (M31) mit einem Typ von variablem Stern namens Cepheid-Variablen seine Messungen vornehmen. Durch Messung der Periode dieser variablen Sterne konnte Hubble ihre intrinsische Leuchtkraft berechnen und durch Kombination mit ihrer gemessenen scheinbaren Größe eine Entfernung von 300 Kiloparsec erreichen, was eine Größenordnung größer ist als die geschätzte Größe des Universums von Shapley. Diese Messung bestätigte, dass nicht nur das Universum viel war, viel größer als zuvor vorgeschlagen, zeigte sich auch, dass die beobachteten Nebel waren wirklich entfernte Galaxien mit einer Vielzahl von Morphologien.

Trotz Hubbles Entdeckung, dass das Universum unzählige Galaxien beherbergte, die meisten Satellitengalaxien unserer Milchstraße und der gesamten Lokale Gruppe blieb bis zum Aufkommen moderner astronomischer Vermessungen unentdeckt und unentdeckbar – obwohl das Duo der kleinen Satellitengalaxien, die Groß und Kleine Magellansche Wolken, sind in der südlichen Hemisphäre seit der Antike mit bloßem Auge zu beobachten.

Eine einsame Galaxie weit, weit weg

Dr. Smercina notierte am 9. Januar 2019 Pressemitteilung der University of Michigan dass die neuen Beobachtungen der einsamen Galaxie M94 kann wichtige Implikationen für das aktuelle Verständnis haben, wie Galaxien geboren werden und sich entwickeln – was in „Wiegen“ der mysteriösen Form von Material stattfindet, die Dunkle Materie genannt wird. Die dunkle Materie ist viel häufiger als die gewöhnliche atomare Materie, aus der die Welt besteht, die den Menschen am vertrautesten ist, und es wird angenommen, dass sie aus exotischen nichtatomaren Teilchen besteht, die sich weigern, mit Licht oder irgendeiner Form elektromagnetischer Strahlung zu tanzen. Dies bedeutet, dass die gespenstische dunkle Materie unsichtbar ist. Die meisten Astronomen glauben jedoch, dass dieses transparente Material aufgrund seiner Gravitationseffekte auf beobachtbare Objekte wie Sterne und sternenklare Galaxien tatsächlich existiert.

Das Lichthöfe zusammengesetzt aus der dunklen Materie, die Galaxien umgibt, besitzen sie eine starke Gravitationskraft. Aus diesem Grund diese Halos aus dunkler Materie können Gas aus der näheren Umgebung ansaugen. Große Galaxien wie unsere eigenen und Andromeda in der Regel bilden Lichthöfe von ungefähr der gleichen Masse. Allerdings sind die kleineren Satellitengalaxien, die von kleineren umgeben sind „Subhalos“scheinen im Takt einer anderen Trommel zu reisen.

Die Geburtenrate massereicher Sterne in diesen kleinen Satellitengalaxien moduliert tatsächlich ihr Wachstum. Dies bedeutet, dass eine entstehende Satellitengalaxie gleichzeitig zu viele massereiche Sterne hervorbringt und ihre eventuellen Supernova-Explosionen möglicherweise ihr gesamtes Gas in den Weltraum schreien lassen, wodurch jedes weitere Wachstum kreischend zum Stillstand kommt. Je massereicher der Stern ist, desto kürzer ist sein wasserstoffverbrennendes „Leben“ auf dem Stern Hertzsprung-Russell-Diagramm der Sternentwicklung. Massive Sterne leben schnell und sterben jung, und eine tödliche Supernova-Explosion kündigt normalerweise ihren Tod an. Astronomen haben jedoch noch nicht festgestellt, in welcher Größe Heiligenschein Diese „Streuung“ in der galaktischen Formation wird wichtig.

Dr. Smercina erklärte das weiter M94 legt nahe, dass Galaxienbildung in mittlerer Größe Halos aus dunkler Materie kann viel mysteriöser sein als bisher angenommen.

„Wir glauben, dass diese Streuung – die Reichweite der Galaxien, die wir erwarten – viel höher sein kann als das, was die Leute derzeit denken Halos aus dunkler Materie einer bestimmten Masse. Niemand macht sich Illusionen darüber, dass es diese enorme Streuung am niedrigsten gibt Heiligenschein Massen, aber es ist bei diesen Zwischen Halos aus dunkler Materie dass diese Diskussion stattfindet „, fügte Dr. Smercina hinzu.

Um die Anzahl der Zwerge zu beobachten Satellitengalaxien Umgebung M94Die Astronomen machten ein zusammengesetztes Bild der großen Galaxie. Das erhaltene Bild bedeckte ungefähr 12 Quadratgrad des Nachthimmels. Im Vergleich dazu erscheint der Erdmond als ungefähr ein Quadratgrad. Diese Art von Bild enthält Schichten über Schichten von „Rauschen“. Dieses „Rauschen“ umfasst gestreutes Licht und kosmische Strahlen, die es schwer machen, dunkle Zwerggalaxien zu erkennen.

Um sicherzustellen, dass ihnen keine umgebenden Satellitengalaxien fehlen M94Die Wissenschaftler bauten künstliche Galaxien in das Bild ein und erholten sie mit denselben Methoden, die für echte Satellitengalaxien verwendet würden. Mit dieser Technik konnten Dr. Smercina und sein Team bestätigen, dass nicht mehr als zwei Galaxien herumtanzen M94.

Dr. Smercina erklärte weiter: „Der wahre Kicker ist, ob die Community erwartet hat, dass dies möglich ist oder nicht. Das ist die wahre Neugier dieses Befundes – das Ergebnis ist etwas, das die Simulationen nicht vorhersagen. Wenn Sie etwas entdecken können.“ Wir haben nicht wirklich gedacht, dass wir etwas finden können. Sie können einen Beitrag zu unserem Verständnis der Funktionsweise unseres Universums leisten. Das ist wirklich lohnend. „

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