Dragonfly 44: Eine Galaxie fast ganz aus dunkler Materie

Wer in klaren Nächten in den Himmel schaut, sieht eine Unzahl heller Punkte: die Sterne der Milchstraße. Ein Blick in den Himmel von einem Planeten in der Galaxie Dragonfly 44 würde wohl anders aussehen: Die Galaxie hat nur sehr wenige Sterne. Dennoch hat sie fast so viel Masse wie unsere Milchstraße.

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Nur ein fahler Fleck: Die Galaxie Dragonfly 44 besteht fast vollständig aus dunkler Materie. (Foto: Pieter van Dokkum, Roberto Abraham/Gemini, Sloan Digital Sky Survey)

Der Grund ist dunkle Materie. Schon unsere Milchstraße besteht mutmaßlich zu 90 Prozent daraus. Bei Dragonfly 44 ist der Anteil deutlich höher: Sie bestehe zu 99,99 Prozent aus dunkler Materie, sagen Wissenschaftler. Nur 0,01 Prozent sei normale Masse.

Das Instrument ähnelt einem Insektenauge

Entdeckt wurde die Galaxie 2014 von Pieter van Dokkum von der Yale-Universität und einigen Kollegen. Sie hatten mehrere Linsen zu einem Aufbau zusammengestellt, der dem Auge eines Insekts ähnelte, und es deshalb Dragonfly, Libelle, genannt. Dragonfly richteten sie dann auf den Coma-Galaxienhaufen, eine Ansammlung von Galaxien, die 320 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist.

Darin fanden sie 47 Galaxien, die bisher nicht aufgefallen waren, weil sie so lichtschwach sind. Dabei sind sie etwa so groß und massereich wie unsere Milchstraße. Eine Galaxie mit so wenigen Sternen hätte aber keinen Bestand gehabt. Also muss etwas sie zusammenhalten.

Wie schnell sind die Sterne?

Um herauszufinden, wie hoch der Anteil an dunkler Materie ist, nutzten die Forscher um van Dokkum das Instrument Deimos des Keck-Observatoriums, das auf dem Maunakea auf Hawaii steht. Damit beobachteten sie, wie schnell sich die Sterne von Dragonfly 44 bewegen.

"Die Bewegungen der Sterne sagen einem, wie viel Materie es gibt", sagt van Dokkum: Je höher die Geschwindigkeit der Sterne ist, desto größer ist die Masse einer Galaxie. Die Sterne von Dragonfly 44 bewegen sich schnell - 47 Kilometer pro Sekunde. Damit bewegen sie sich sehr viel schneller, als ihre eigene Masse erlaubt.

Damit war klar, dass es einen erheblichen Anteil an dunkler Materie geben muss. Den Sternen sei die Form der Materie egal, sagt van Dokkum. "Sie sagen einem einfach, dass sie da ist." Und bei Dragonfly ist es relativ viel: Die Wissenschaftler errechneten, dass die Galaxie etwa eine Billion Sonnenmassen hat und damit in etwa die Masse der Milchstraße. Da sie aber nur so wenig sichtbare Materie aufweise, so schlossen sie, bestehe sie zu 99,99 Prozent aus dunkler Materie.

Es gibt mehr Galaxien aus dunkler Materie

Dragonfly 44 ist nicht die erste bekannte Galaxie, die fast ausschließlich aus dunkler Materie besteht: In einer in diesem Jahr entdeckten Galaxie im Virgo-Galaxienhaufen macht die dunkle Materie 99,96 Prozent aus.

Ungewöhnlich ist auch die Form von Dragonfly 44: Sie ist keine Scheibe oder eine Spirale wie die Milchstraße. Um etwas darüber zu erfahren, untersuchten die Forscher sie mit dem Instrument Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) des Gemini-Observatoriums auf dem Maunakea. Das zeigte, dass die Galaxie aus einem Ring aus Sternhaufen um den Galaxiekern besteht.

Die Forscher rätseln über die Entstehung

"Wir haben keine Ahnung, wie Galaxien wie Dragonfly 44 entstanden sein könnten", sagt Roberto Abraham, der an dem Projekt beteiligt war. "Die Gemini-Daten zeigen, dass ein relativ großer Anteil der Sterne sich in sehr kompakten Clustern befindet. Das könnte ein wichtiger Hinweis sein. Aber im Moment raten wir nur."

Die Wissenschaftler um van Dokkum beschreiben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters.