Was hält Galaxien zusammen?

Die Galaxie wird durch die kombinierte Masse der Materie in der Galaxie zusammengehalten, von der das supermassereiche Schwarze Loch ein vernachlässigbarer Teil ist. Es gibt Galaxien, die kein zentrales Schwarzes Loch haben (wie die Triangulum-Galaxie), und sie werden auch durch ihre kombinierte Masse zusammengehalten.

Insbesondere die dunkle Materie der Galaxie stellt den größten Teil der Masse bereit, die die sichtbare Materie zusammenhält. Galaxien haben normalerweise viel mehr dunkle Materie als sichtbare Materie. Diese Masse ist in etwa kugelförmig verteilt, mit der größten Dichte zum Zentrum der Galaxie hin und weiter vom Zentrum abfallend. Dieser „Halo aus dunkler Materie“ ist wesentlich größer als die sichtbare Scheibe.

Dies wurde vor vielen Jahren untersucht.

Galaxien müssen nicht nur zusammenhalten, sondern es muss auch genügend Materie vorhanden sein, um sie fest genug zu halten, um sich mit der Geschwindigkeit zu drehen, mit der sie sich dreht. (Stellen Sie sich vor, ein Objekt an einer Schnur um Ihren Kopf zu schwingen, je schneller es sich dreht, desto mehr Kraft müssen Sie aufbringen.)

(Beachten Sie, dass sich Galaxien nicht wie ein einzelnes festes Objekt drehen. Stattdessen kreisen verschiedene Sterne je nach Position mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten. Dies ist jedoch kein Problem für diese Frage, da wir immer noch die Gesamtmasse und Massenverteilung der Galaxie berechnen können , das wird benötigt, um die Rotation zu erzeugen, die wir beobachten.)

Es stellt sich heraus, dass nicht nur das zentrale Schwarze Loch nicht annähernd groß genug ist, sondern selbst das Schwarze Loch plus die Masse aller Sterne, Planeten und Gaswolken, die wir sehen können, ist immer noch nicht annähernd genug .

Wir wissen also, dass es in den meisten Galaxien viel mehr Masse geben muss , als wir sehen können, es sei denn, es gibt einen Aspekt der Naturgesetze, über den wir nichts wissen . Beide Möglichkeiten müssen in Betracht gezogen werden.

Wir glauben nicht, dass neue Merkmale in den Naturgesetzen die wirkliche Antwort sind. Es gibt andere Beweise, die darauf hindeuten, dass Gesetze wie die Schwerkraft auf galaktischen (und sogar scheinbar kosmischen) Skalen wirken, ähnlich wie wir denken. Zu viele Experimente im Laufe der Jahrzehnte hätten zu anderen Ergebnissen geführt, wenn die Schwerkraft auf galaktischen und größeren Skalen ganz anders funktioniert hätte. Wir glauben also nicht, dass das die Antwort ist.

Die Antwort ist also, dass Galaxien viel mehr Materie enthalten, die wir irgendwie nicht direkt nachweisen können, aber wir sind uns sehr sicher, dass sie dort sein muss. In unserer eigenen Heimatgalaxie, der Milchstraße, können wir nicht einmal zusätzliche Materie im erforderlichen Ausmaß nachweisen. Wir nennen diese unsichtbare Materie "Dunkle Materie", weil sie für unsere Detektoren unsichtbar (dunkel) ist, und wir haben einige Ideen, was sie sein könnte, aber wir versuchen immer noch zu beweisen, was sie ist, und sie direkt zu erkennen.

Zu den Beweisen dafür gehören bekanntermaßen auch Studien über kollidierende und nicht kollidierende Galaxien. Wir können die Bilder untersuchen, um festzustellen, wo Masse zu sein scheint und wo Schwerkraft zu wirken scheint. Zum Beispiel verzerrt die Schwerkraft entferntes Licht ("Gravitationslinsen"), und wir können untersuchen, wo das Zentrum dieser Verzerrung auftritt. In nicht kollidierenden Galaxien deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Gravitationseffekte dort auftreten, wo sich die Masse befindet – sie sind am selben Ort zentriert. Aber in kollidierenden oder kürzlich kollidierten Galaxien wird festgestellt, dass Gravitationseffekte an einen anderen Ort verlagert sind, als die sichtbare Massenverteilung vermuten lässt. Wenn sich die Schwerkraft selbst anders verhält, als wir glauben, oder es einen Fehler in unserer Arbeitsweise gibt, würden wir erwarten, dass sich dies in allen Galaxien auswirkt, nicht nur in kollidierenden. Aber tatsächlich sehen wir solche Effekte nur in Galaxien, deren Masse gestört ist oder kürzlich gestört wurde,die gesamte Massenverteilung zu ändern, viel mehr, als die Bewegung seiner sichtbaren Sterne vermuten lässt.

Das zentrale Schwarze Loch in Galaxien ist also nicht das, was sie zusammenhält. Sie mag die Masse von Millionen von Sternen haben, aber die Milchstraße enthält Hunderte von Milliarden von Sternen – etwa fünfzigtausend Mal mehr – und auch eine riesige Menge dunkler Materie, von der wir wissen, dass sie in einer Form vorhanden ist, die unsere Instrumente nicht erreichen können doch "sehen". Einige Schätzungen deuten darauf hin, dass die Masse dieser dunklen Materie riesig sein könnte – fast das Zehnfache der Masse der sichtbaren Sterne und Materie (90 % der Gesamtmasse der Galaxie) und sich mehr als zehnmal so weit wie die sichtbaren Sterne der Galaxie erstreckt - was die Gesamtmasse der Galaxie auf vielleicht bis zu 1,5 Billionen Sonnen bringt.

Das zentrale Schwarze Loch ist beeindruckend und ein Merkmal der Galaxie, aber es ist völlig unbedeutend, wenn es darum geht, die Galaxie zusammenzuhalten. Wenn es plötzlich verschwand, würden einige Sterne in der Nähe der Mitte ihre Umlaufbahn ändern, aber die Galaxie als Ganzes wäre fast völlig unberührt. Sie würden es fast nicht bemerken.

Was Galaxien zusammenhält, ist die immens größere Masse ihres Halos aus dunkler Materie (wie er genannt wird) zusammen mit ihren sichtbaren Sternen und Objekten im Allgemeinen für fast jede Galaxie, die wir untersucht haben.

Galaxien bewegen sich tatsächlich, der Raum zwischen Galaxien nimmt proportional zu der Entfernung zwischen ihnen zu, das Universum expandiert und dies kann durch die Wirkung dunkler Materie geschehen. Manche Physiker sagen das.