Neue Beobachtungen von Galaxien fordern die kosmologisches Standardmodell

Ein Vergrößern / Ein zusammengesetztes Bild mit mehreren Wellenlängen von Centaurus A.NASA / CXC / SAO – Rolf Olsen – NASA / JPL-Caltech

Dreizehn Millionen Lichtjahre entfernt, eine Handvoll relativ kleiner Galaxien kreisen in einer Scheibe um die größere elliptische Galaxie Centaurus A. An einer kleinen Sammlung ist nichts Ungewöhnliches Galaxien umkreisen eine große. Aber das Verhalten dieser besonderen Galaxien passen nicht zu unseren bestehenden Modellen der Funktionsweise des Universums. Einige Astronomen sagen, dass neue Beobachtungen a auslösen könnten Überprüfung des kosmologischen Standardmodells.

Im kosmologischen Standardmodell oder λCDM das Unsichtbare Gravitationseinfluss der dunklen Materie liefert eine unsichtbare Rahmen für die reguläre Materie, die wir tatsächlich erkennen können, welche macht nur 4,6 Prozent des Universumsinhalts aus. Das Model macht einen guten Job zu erklären, fast alles über die großräumige Struktur unseres Universums, von seinen frühesten Momenten bis der Gegenwart, und es gibt viele sehr starke Beweise dafür unterstütze es.

Das Modell scheint jedoch nicht zu erklären, warum eine kleine Gruppe Galaxien, sogenannte Zwerg- oder Satellitengalaxien, scheinen zu kreisen Centaurus A in einer ordentlichen Umlaufbahn wie Planeten, die a umkreisen Star.

Festplatte oder Cloud?

Nach dem λCDM-Modell des Universums, Satellit Galaxien sollten eine mehr oder weniger kugelförmige Wolke um die Erde bilden Zentralgalaxie, die in zufälligen Richtungen und in zufälligen Winkeln umkreist. Wenn Sie eine Karte dieser Umlaufbahnen gezeichnet haben, sollte sie ungefähr so ​​aussehen Elektronen drehen sich eher um den Kern eines Atoms als wie Planeten, die einen Stern in sauberen konzentrischen Ellipsen umkreisen. Eigentlich, Computersimulationen erzeugen Galaxien, die eine andere Galaxie auf a umkreisen flache Ebene, wie Planeten um einen Stern, nur etwa ein halbes Prozent der ganzen Zeit. Im realen Universum jedoch Satellitengalaxien scheinen ihre Bahnen viel häufiger in einer gemeinsamen Ebene auszurichten.

Unsere eigene Milchstraßengalaxie hat mehrere Satellitengalaxien und Die meisten von ihnen scheinen in derselben Ebene zu kreisen, obwohl es schwierig ist, um sicher zu sein, da wir sie durch das Gas und die Sterne von beobachten unsere eigene galaktische Scheibe. 13 der Andromeda-Galaxien 15 Satelliten scheinen in der gleichen Ebene zu kreisen, nicht in der zufälligen Wolke von vom Standardmodell vorhergesagte Umlaufbahnen.

Astrophysiker lehnten die Milchstraße und Andromeda meistens als ab statistische Fehler, aber neue Beobachtungen von Centaurus A und seiner Eine Sammlung von Satelliten scheint dasselbe zu zeigen: 14 von Die 16 Satellitengalaxien, für die wir gute Geschwindigkeitsdaten haben, scheinen ihre größere Wirtsgalaxie zusammen in derselben zu umkreisen Ebene.

Ein galaktisches Rätsel

Also, warum wirbeln diese Galaxien fröhlich durch den Weltraum? scheinbarer Trotz des λCDM-Modells?

„Leider oder vielleicht gibt es keine offensichtliche Antwort erwartet – sonst würden Flugzeuge von Satellitengalaxien nicht gesehen werden als Problem und wir würden nicht so viel darüber reden “, sagte Astrophysiker Marcel Pawlowski von der University of California, Irvine, der die Studie gemeinsam mit dem Astrophysiker Oliver Müller verfasste der Universität Basel und Kollegen. Die Daten werden erhöht wichtige Fragen jedoch. Wenn Pawlowski und seine Kollegen sind Richtig, das seltsam geordnete Verhalten der Zwerggalaxien könnte auf etwas hindeuten zu einem Hauptfehler im kosmologischen Standardmodell.

Das wäre ein großes Problem für Physiker: Sie müssten entweder das λCDM-Modell überarbeiten oder ein vollständiges finden neue Art zu erklären, wie das Universum funktioniert Astrophysiker sind weit davon entfernt, das zu ersetzen Standardmodell.

„Es würde sehr starke Beweise für ein unüberwindbares Problem geben auf λCDM zu verzichten, oder zumindest ein Modell, das sehr ähnlich aussieht es ”, sagte der Astrophysiker Mike Boylan-Kolchin von der Universität Texas, der die Studie kommentierte.

Noch Raum für Debatten

Derzeit ist nicht klar, ob die Centaurus A-Galaxien tatsächlich ein so unüberwindliches Problem darstellen. Damit das das ist In diesem Fall müssten Astrophysiker sehr sicher sein, dass der Zwerg Galaxien bewegen sich wirklich in einer stabilen Umlaufbahn, und Boylan-Kolchin sagt, dass es noch Grund gibt, dies in Frage zu stellen.

Zum einen die kleineren Galaxien, die in Flugzeugen zu kreisen scheinen um Andromeda und die Milchstraße haben auch eine breite Strecke von Alter, Massen und Verhältnisse der chemischen Elemente. Boylan-Kolchin sagt dass, wenn die Galaxien alle als Ergebnis derselben gebildet Kollision, sollten sie das gleiche Alter sein und ähnliche chemische haben Kompositionen. Das λCDM-Modell erklärt diese Variation durch a Kollisionsserien, Alternativen nicht.

Und um das λCDM-Modell in Frage zu stellen, müssten Wissenschaftler herrschen Erklärungen für die Umlaufbahnen der Zwerggalaxien. Zum Beispielsweise neigt dunkle Materie dazu, Filamente zu bilden, und die Filamente Gravitationseffekte wirken wie unsichtbare Autobahnen im Weltraum, Materie in eine bestimmte Richtung lenken. Diese Filamente könnten haben die Richtung geformt, in der sich Materie auf diesen ansammelt Galaxienhöfe, sagen einige Wissenschaftler. Aber das sagt Pawlowski Simulationen berücksichtigen diese Strukturen bereits und immer noch nur produzieren selten mitrotierende Galaxiesysteme.

Eine andere Möglichkeit ist, dass im λCDM-Modell die Dunkle Materie Strukturen, die die Anordnung von Galaxien prägen, sind in der Größenordnung von etwa 10 bis 20-fache Entfernung von der Erde nach Centaurus A. That Eine größere Verteilung der Dunklen Materie könnte planar sein Strukturen wie die, die Astronomen sehen. Letztendlich, Die Satellitengalaxien von Andromeda und Centaurus A scheinen auf der Erde zu kreisen gleiches Flugzeug. Aber weil es eine Eigenart des Einheimischen ist (relativ) Struktur der Dunklen Materie, in der sie normalerweise nicht auftaucht simulierte Modelluniversen.

Die Einsätze erhöhen

Um die Frage zu beantworten, benötigen Astronomen mehr Daten Prozess ist ein entscheidender Bestandteil der Wissenschaft: Kontinuierliches Testen Modelle, Schwächen identifizieren und verstehen, ob diese Schwächen deuten auf ein unvollständiges Verständnis des Modells hin oder a brauchen ein neues Paradigma “, sagte Boylan-Kolchin. „Mein Geld ist aufgebraucht “CDM, aber es wäre aufregend herauszufinden, dass es falsch ist.”

Der erste Schritt besteht darin, einfach mehr Galaxien zu beobachten Pawlowski, besonders diejenigen, die weiter von unserer kosmischen Nachbarschaft entfernt sind. Das gibt Astronomen eine bessere Vorstellung davon, wie häufig es tatsächlich ist soll Satellitengalaxien auf einer gemeinsamen Ebene umkreisen anstatt in eine Wolke, und es könnte alle lokalen Macken ausschließen.

„Das könnte Zusammenhänge mit der Wirtsgalaxie aufdecken Verlauf, Umgebung oder andere Eigenschaften, die auf eine Lösung. Ich denke, jeder ist damit einverstanden, mehr zu bekommen Beobachtungsdaten sind der beste Weg vorwärts “, sagte Pawlowski, aber er fügte hinzu, dass Simulationen noch viel über Satelliten zu verraten haben Verhalten der Galaxien, ihre Entstehung und die Auswirkungen auf die Standardmodell.

In der Zwischenzeit schlägt Boylan-Kolchin vor, sich das genauer anzuschauen Satellitengalaxien und Messung ihrer Geschwindigkeit senkrecht zu die Umlaufbahn. Wenn sie wirklich gemeinsam umkreisen Flugzeug, es sollte überhaupt keine große Seitwärtsbewegung geben. Ansonsten sind diese Umlaufbahnen wahrscheinlich nur Zufälle – a vorübergehende Ausrichtung von galaktischen Bahnen, die wir gerade sind um zur richtigen Zeit zu beobachten. Centaurus A ist zu weit weg für diese Art von Beobachtung, aber in den nächsten Jahren der James Webb Das Weltraumteleskop könnte es Andromeda und dem Milky ermöglichen Way’s Satellitengalaxien.

„Im schlimmsten Fall verbessern wir unser Verständnis der Galaxienbildung. atam besten werden wir zu einem tieferen Verständnis der Gesetze der Physik geführt “ schrieb Boylan-Kolchin. „Die Verteilung der Satelliten in der Nähe Galaxien steigen noch nicht auf das Niveau einer Krise, die uns zu einer Krise treibt neues Verständnis, aber die Ergebnisse von Müller et al. erhöhe die Einsätze. ”

Wissenschaft, 2017. DOI: 10.1126 / science.aao1858 (About DOIs).

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