Die ultra-diffuse Galaxie Dragonfly 44 – ein kleiner Sieg für MOND

Neulich haben wir einen Letter in A&A publiziert, der sich mit einer der extremsten Galaxien im Universum befasst: Dragonfly-44 im Coma Haufen. Diese Galaxie wurde von Pieter van Dokkum und seinem Team im 2016 mit ihrem Dragonfly Teleskop entdeckt. Die Galaxie ist extrem leuchtschwach und beherbergt etwa hundert Kugelsternhaufen. Vergleichbare Galaxien enthalten eher maximal fünf Kugelsternhaufen. Auch die Bewegung der Kugelsternhaufen schien extrem – die Kugelsternhaufen bewegen sich so schnell, dass nur ein gigantischer Anteil Dunkler Materie das System zusammenhalten kann. Die Galaxie besteht aus 99% Dunkler Materie!

Nun hat Pieter van Dokkum häufig ins Feld geführt, dass die Gravitationstheorie MOND zwar NGC1052-DF2 erklären kann, aber sicher nicht NGC1052-DF2 und Dragonfly-44 gleichzeitig. Stimmt dies aber?

dragonfly44.jpg

Die Galaxie Dragonfly-44, entdeckt von Pieter van Dokkum und seinem Team.

Berechnung der Geschwindigkeit mit MOND

Wir haben uns Dragonfly-44 nun genauer unter die Luppe genommen. Dafür haben wir Vorhersagen mit MOND gemacht, wie das Geschwindigkeitsprofil (Geschwindigkeit der Sterne in Abhängigkeit zum Zentrum der Galaxie) theoretisch aussehen sollte, falls MOND eine korrekte Beschreibung der Gravitation widerspiegelt. Dann haben wir diese Vorhersage mit den neusten Messungen von van Dokkum verglichen. Heraus kommt folgende Figur.

Bildschirmfoto 2019-06-16 um 15.09.34

Auf der x-Achse steht der Abstand zum Zentrum der Galaxie, auf der y-Achse die Geschwindigkeit. Die Kreuze sind die Messungen, die schwarze dicke Linie unsere MOND Vorhersage. Die gepunktete Linie entspricht Newtons Gravitationsgesetz, woraus eine grosse Menge Dunkle Materie benötigt wird, um die Beobachtung und Theorie zu vereinbaren.

Das sieht schon einmal gar nicht schlecht aus! Auch wenn die vorhergesagte Kurve nach MOND nicht vollständig mit den Messungen übereinstimmt, so liegen wir schon einmal im richtigen Bereich.

Um diese Vorhersage zu machen, haben wir einfach angenommen, dass sich die Sterne gleichförmig und zufällig innerhalb der Galaxie bewegen. Erlauben wir aber für eine tangentielle Bewegung der Sterne (was nicht ungewöhnlich ist) und man in der Galaxienforschung mit dem Anisotropieparameter beschreibt, dann erhalten wir folgendes Bild:

Bildschirmfoto 2019-06-16 um 15.14.48.png

Die MOND Vorhersagen mit einer tangentiellen Bewegung einiger Sterne in Dragonfly-44.

Jetzt stimmt die Form der Kurve schon einmal sehr gut mit den Beobachtungen überein, aber die durchgezogene Linie, ist immer noch ein wenig zu tief. Erhöhen wir die Gesamtmasse des Systems um einen Faktor 2-3 treffen wir aber quasi ins Schwarze (die durchgezogenen Linien).

Das Gewicht einer Galaxie

Aber warum sollten wir dies tun dürfen? Dabei ist zu beachten, dass wir als Information nur die Gesamthelligkeit der Galaxie kennen. Dann übersetzen wir dieses abgestrahlte Licht in eine Masse, in dem wir die Masse der Sonne zur Hilfe nehmen. Wir fragen uns, wie viele Sonnen es braucht, um die gemessene Helligkeit zu erreichen und leiten damit das Gravitationspotential her. Sehen wir zum Beispiel, dass die Galaxie so hell leuchtet wie eine Milliarde Sonnen, nehmen wir an, dass die Galaxie eine Milliarde Sonnenmassen schwer ist (etwa 10 hoch 39 kg, dass sind also 1’000’000’000’000’000’000’000’000’000’000’000’000’000 kg, falls ich mich nicht vertippt habe).

Natürlich ist nicht jeder Stern genau so schwer wie die Sonne, ganz im Gegenteil, die Sonne ist vergleichsweise relativ leicht. In unserer lokalen Nachbarschaft in der Milchstrasse wiegt ein durchschnittlicher Stern etwa 4 Sonnenmassen. Somit ist unsere Annahme, dass ein durchschnittlicher Stern in Dragonfly-44 etwa 2-3 Sonnenmassen wiegt, nicht abwegig. Von anderen Zwerggalaxien solcher Art wissen wir, dass die durchschittliche Sternenmasse im Bereich von etwa 1 bis 4 Sonnenmassen liegt. Somit können wir mit MOND und ganz gewöhnlichen Annahmen die Bewegung der Sterne in Dragonfly-44 erfolgreich beschreiben.

Und wie sieht es mit dem Externen Feld Effekt aus?

Was mich persönlich erstaunt hat war, dass wir hier den Externen Feld Effekt weglassen mussten. In NGC1052-DF2, mussten wir diesen Effekt hinzuziehen, um die Beobachtungen mit der Theorie in Übereinstimmung zu bringen. Dass es hier ohne diesen Effekt funktioniert, bedeutet, dass Dragonfly-44 relativ weit weg vom Zentrum des Galaxienhaufen sein muss, und quasi in Isolation ist. Denn in MOND bringt der Externe Feld Effekt ein grosses Problem in Galaxienhaufen mit, aber das ist eine Geschichte für einen anderen Tag.

 

 

 

 

 

 

 

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Ein Gedanke zu “Die ultra-diffuse Galaxie Dragonfly 44 – ein kleiner Sieg für MOND

  1. Pingback: Dunkle Materie in ultra-diffusen Galaxien – Alpha Cephei

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