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Radioteleskope haben fast sternlose dunkle Galaxie mit riesigem Wasserstoffvorrat entdeckt
Zwei Radioteleskope haben eine gewaltige Ansammlung von Wasserstoff im All nachgewiesen, ohne dass sich ihr ein sichtbarer Sternenverband zuordnen lässt. Die etwa 310 Millionen Lichtjahre entfernte Quelle AGC 322753 enthält rund zwei Milliarden Sonnenmassen neutrales Gas und könnte eine fast sternlose Galaxie sein. Doch auch eine besonders lichtschwache Sternenpopulation bleibt möglich.
Hawthorn (Australien). Galaxien bestehen aus Gas, Sternen und meist großen Mengen Dunkler Materie. Doch nach theoretischen Modellen könnten manche Ansammlungen von Gas und Dunkler Materie so wenige Sterne gebildet haben, dass sie im sichtbaren Licht kaum auffallen. Solche Kandidaten für „dunkle Galaxien“ lassen sich möglicherweise über die Radiostrahlung des Wasserstoffs aufspüren.
Neutrale Wasserstoffatome senden Radiowellen mit einer Wellenlänge von 21 Zentimetern aus. Ihre Signale lassen sich auch dort empfangen, wo optische Bilder keine Sterne zeigen. Ein schwaches Radiosignal allein reicht allerdings nicht aus, denn technische Störungen und Gasreste aus Begegnungen von Galaxien können ähnliche Hinweise liefern.
Forscher der Swinburne University of Technology um Marco Monaci haben nun zwei unabhängige Durchmusterungen nach neutralem Wasserstoff miteinander verglichen. Die Arecibo Legacy Fast ALFA (ALFALFA) entstand mit dem inzwischen stillgelegten Arecibo-Radioteleskop. Die FAST All Sky H I Survey (FASHI) nutzt das chinesische Five-hundred-metre Aperture Spherical Telescope (FAST). Das Team suchte nach Quellen, denen sich in Himmelsaufnahmen keine sichtbare Galaxie zuordnen lässt.
In beiden Katalogen fanden die Wissenschaftler zunächst 13 übereinstimmende Quellen. Bei zwölf davon sprachen nahe Galaxien, mögliche optische Gegenstücke oder unzureichende Bilddaten gegen die Auswahl als besonders aussichtsreicher Kandidat. Übrig blieb AGC 322753, dessen Radiodaten in beiden Durchmusterungen gut zusammenpassen.
Beide Teleskope registrierten das Gas mit fast derselben Fluchtgeschwindigkeit von rund 6.960 Kilometern pro Sekunde. Auch die Form der Radiosignale stimmte überein, obwohl sich ihre gemessenen Intensitäten unterschieden. Weil die Beobachtungen unabhängig voneinander mit verschiedenen Teleskopen erfolgten, schließen die Forscher eine lokale Funkstörung als Ursache des Signals aus.
Besonders auffällig ist das zweigipflige Profil der Wasserstofflinie. Eine solche Form kann entstehen, wenn Gas in einer Scheibe geordnet rotiert. Die gemessene Linienbreite von ungefähr 85 Kilometern pro Sekunde passt zu dieser Deutung, beweist sie aber noch nicht, weil die räumliche Verteilung und Bewegung des Gases bislang nicht direkt kartiert wurden.
Die Wasserstoffquelle befindet sich nach der Entfernungsabschätzung der Studie rund 95 Megaparsec oder etwa 310 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie enthält ungefähr zwei Milliarden Sonnenmassen neutralen Wasserstoffs. Das ist besonders bemerkenswert, weil tief belichtete optische Aufnahmen im wahrscheinlichen Gebiet der Quelle keinen zugehörigen Sternenverband zeigen.
Die beiden Radioteleskope erfassten etwas unterschiedliche Himmelsbereiche. Aus deren Überschneidung grenzte das Team den wahrscheinlichsten Standort der Wasserstoffquelle ein und untersuchte dort Aufnahmen der DESI Legacy Imaging Surveys sowie weitere Himmelsbilder. Auffällige Lichtquellen erwiesen sich als Vordergrundsterne oder deutlich weiter entfernte Galaxien.
Um die Aussagekraft der fehlenden Sternensignale zu prüfen, fügten die Forscher künstliche, unterschiedlich große Galaxien in die Bilder ein. Aus deren Sichtbarkeit leiteten sie unter ihren Modellannahmen eine obere Grenze von etwa 50 Millionen Sonnenmassen für die verborgene Sternenpopulation ab. Demnach übertrifft die Masse des neutralen Wasserstoffs die mögliche Sternenmasse um mindestens das 40-Fache, wobei die Abschätzung von der Verteilung der Sterne und störendem Vordergrundlicht abhängt.