Entschlüsselung von Dunkle Materie-Geheimnissen durch einseitige Galaxien

Forscher messen die Geschwindigkeit von Dunkler Materie, indem sie schräge Galaxien untersuchen, die von der dynamischen Reibung durch Dunkle Materie betroffen sind. Diese Methode hilft dabei, die Wechselwirkungen zwischen Galaxien und Dunkler Materie zu verstehen und trägt zur theoretischen Physik und Kosmologie bei. Quelle: SciTechDaily.com

Die Untersuchung schräger Galaxien enthüllt, wie gravitative Effekte und dynamische Reibung die Geheimnisse der Dunklen Materie beleuchten können und unser Verständnis in der Kosmologie voranbringen.

Wie kann also die Geschwindigkeit der Dunklen Materie gemessen werden? Die Voraussetzung ist, eine Galaxie im Universum zu finden, die sich relativ zur Dunklen Materie bewegt. Da sich alles im Universum bewegt und es eine große Menge Dunkler Materie gibt, ist es nicht schwierig, solche Galaxien zu finden.

Schwere Objekte wie Galaxien ziehen alle Arten von Materie an, egal ob es sich um Dunkle Materie oder sichtbare Materie handelt, mit der wir täglich konfrontiert werden. Wenn Dunkle Materie an einer Galaxie vorbeibewegt, beginnt die Galaxie, die Dunkle Materie-Teilchen zu sich zu ziehen. Die Änderung der Geschwindigkeitsrichtung der Teilchen dauert jedoch eine gewisse Zeit. Bevor ihre Bahn sich zur Galaxie krümmt, schaffen sie es bereits, an der Galaxie vorbeizuziehen.

Also gelangen Dunkle Materie-Teilchen nicht in die Galaxie, sondern bewegen sich stattdessen hinter der Galaxie (siehe Video unten). Hinter der Galaxie nimmt daher die Dichte der Materie zu, was zu einer Verlangsamung der Galaxie führt - einem Phänomen, das als dynamische Reibung bezeichnet wird. Die Stärke der dynamischen Reibung hängt wiederum davon ab, wie schnell Dunkle Materie-Teilchen an der Galaxie vorbeiziehen, also wie lange die Galaxie Zeit hat, die Bahn der Dunklen Materie-Teilchen zu verändern. Wenn Teilchen langsam passieren, nimmt die Dichte der Materie näher an der Galaxie zu, was zu einer stärkeren Verlangsamung führt.

Der grüne Punkt repräsentiert eine Galaxie, und die oberen Panels zeigen die Bewegung der Dunklen Materie-Teilchen an der Galaxie vorbei (sofern in dem entsprechenden Panel eine Galaxie vorhanden ist). Die unteren Panels zeigen die Form aller Bahnen und demonstrieren, dass das Gravitationsfeld einer Galaxie die Teilchen der Materie beeinflusst und eine Überdichte hinter der Galaxie erzeugt. Die Überdichte verlangsamt die Galaxie erneut und verformt ihre Form. Quelle: Rain Kipper

Nehmen wir an, die Galaxie, die die dynamische Reibung verursacht, ist nicht winzig, sondern groß. In diesem Fall erzeugt die Überdichte dahinter Reibung in unterschiedlicher Stärke an unterschiedlichen Punkten in der Galaxie, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Der Unterschied in der Reibung macht die Form der Galaxie schräger. Wir erleben eine ähnliche Veränderung der Form auf der Erde durch Gezeitenzyklen - Hochwasser und Niedrigwasser, verursacht durch die Schwerkraft des Mondes.

Es spielt keine Rolle, wie groß die Dunklen Materie-Teilchen letztendlich sind - ihre Umlaufbahn krümmt sich dennoch hinter der Galaxie. Die Methode könnte keine genauen Ergebnisse liefern, wenn die Teilchen in etwa so groß wären wie die Galaxien selbst. Diese Dunkle Materie-Modelle sind jedoch bereits ausgeschlossen.

Abbildung 1. Dynamische Reibung. Die Panels zeigen dünn besiedelte Bereiche des Universums mit dunklen Farben und dicht besiedelte Bereiche mit hellen Farben. Die oberen Panels zeigen die Dichte um eine Galaxie herum, wenn die Gravitation der Galaxie (links) die Bahnen der Dunklen Materie-Teilchen biegt oder nicht biegt (rechts). Das untere Panel zeigt den Unterschied zwischen ihnen oder wie die Galaxie die Verteilung der Dunklen Materie beeinflusst. Die Pfeile repräsentieren die Beschleunigung, die durch die Überdichte hinter der Galaxie verursacht wird, von der die Reibung auf das Zentrum der Galaxie abgezogen wird. Da die Pfeile in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Richtungen und Stärken aufweisen, können die Gezeitenkräfte die Form einer Galaxie verändern. Quelle: Rain Kipper

Die selbstschiefen Galaxien zu finden, ist nicht schwer, da sie etwa 30 Prozent aller Galaxien im Weltraum ausmachen. Natürlich hängt viel davon ab, wie weit man in den äußeren Teilen einer Galaxie schaut und welches Maß an Schiefe eine Galaxie als schief erachtet.

Außerdem kann die schräge Form einer Galaxie nicht nur durch dynamische Reibung verursacht werden. Es gibt eine Reihe anderer Gründe dafür. Zum Beispiel können Galaxien, die nach der Kollision mehrerer Galaxien entstanden sind, asymmetrisch sein. In diesem Fall sollten wir jedoch im Inneren der Galaxie den Kern einer anderen Galaxie oder einen größeren stellaren Halo nachweisen können. Auch eine konstante Zufuhr von Gas kann zu einer schiefen Form der Galaxie führen. In solchen Situationen dauert es jedoch einige Milliarden Jahre, bis sich die Form der Galaxie wieder erholt.

Um also die Geschwindigkeiten der Dunklen Materie zu messen, benötigen wir eine schräge Galaxie, die möglichst isoliert von anderen Galaxien ist. In diesem Fall ist es wahrscheinlicher, dass nichts mit ihr passiert ist, außer dem Vorbeizug der Dunklen Materie.

In dieser Forschung haben wir herausgefunden, wie wir die Kräfte, die in Gezeitenzyklen auf Galaxien wirken, präzise berechnen können. Der nächste Schritt besteht darin, im Universum Galaxien zu finden, die ausreichend schief sind, um die Geschwindigkeit der Dunklen Materie relativ zu den Galaxien zu untersuchen.

Cosmology is an important test polygon of theoretical physics. Calculating the speed of dark matter can be important for testing new dark matter models and lifting the veil of secrecy over the nature of dark matter.