Dunkle Galaxie aufgespürt: Astronomen entdecken fast unsichtbare Galaxie im Perseushaufen

Astronomen haben eine Galaxie gefunden, die nahezu kein Licht aussendet und die sich nur indirekt nachweisen lässt. Da sie nur wenige eigene Sterne enthält, zählt man sie zu den dunklen Galaxien.

Candidate Dark Galaxy-2 (CDG-2) gehört zu den lichtschwächsten der bisher bekannten Galaxien. Bild: Francine Marleau

Forscher haben eine Galaxie entdeckt, die so lichtarm ist, dass sie mit herkömmlichen Methoden bisher nicht erfasst werden konnte. Die als Candidate Dark Galaxy-2 (CDG-2) bezeichnete Galaxie befindet sich im Perseus-Galaxienhaufen und wurde bei der Untersuchung auffälliger Kugelsternhaufen gefunden – das sind kugelförmige Ansammlungen von einigen hunderttausend Sternen, die üblicherweise Galaxien begleiten.

„CDG-2 ist die erste Galaxie, die ausschließlich durch ihre Kugelsternhaufen identifiziert wurde, und sie gehört zu den lichtschwächsten bekannten Galaxien, die solche Haufen umgeben.“

– Francine Marleau vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck

Die Astrophysikerin Francine Marleau vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck hatte die bisher unbekannte Galaxie in Aufnahmen des Euclid-Weltraumteleskops entdeckt, weil ihr die ungewöhnliche Konstellation aufgefallen war. Der Fund bestätigte sich später durch extrem lichtschwache Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops sowie durch aktuelle Daten der Euclid-Weltraummission.

Die Galaxie CDG-2 wurde nicht durch ihr schwaches Sternenlicht entdeckt, sondern durch die Analyse einer ungewöhnlichen Ansammlung von Kugelsternhaufen. Bild: Francine Marleau

Ausschlaggebend war eine Anhäufung von vier dicht beieinander liegenden Kugelsternhaufen, die auf ein gravitationsbindendes Zentrum hindeuteten. Es wurde ein Verfahren entwickelt, das gezielt solche Verdichtungen aufspüren soll, unabhängig von sichtbaren Sternpopulationen.

„Diese Entdeckung liefert klare Belege dafür, dass Galaxien innerhalb reiner Dunkle-Materie-Halos entstehen können, in denen sichtbare Sterne nur in dichten, alten Sternhaufen vorkommen. Unsere Arbeit eröffnet ein neues Fenster für das Verständnis der Galaxienentstehung und der Dunklen Materie.“

– David Li, Statistiker von der Universität Toronto, leitender Autor

Die Galaxie CDG-2 stellt ein Extrembeispiel für sogenannte ultradiffuse Galaxien dar – das ist eine Galaxienklasse mit sehr geringer Leuchtkraft, aber oft großem physikalischem Durchmesser. Bereits zuvor war bekannt, dass viele dieser Galaxien überproportional viele Kugelsternhaufen enthalten, doch CDG-2 übertrifft alle bekannten Fälle um Längen.

Zu 99,99 Prozent aus Dunkler Materie

Mindestens 17 Prozent des sichtbaren Lichts von CDG-2 stammen aus ihren Kugelsternhaufen – ein bisher noch nie erreichter Wert. Hochrechnungen zufolge könnte dieser Anteil sogar bis zu 33 Prozent betragen, sofern weitere, bislang nicht beobachtete Haufen vorhanden sind. Damit wäre CDG-2 bisher die kugelsternhaufenreichste bekannte Galaxie im Verhältnis zur Gesamtmasse.

Die Analyse ergab zudem, dass über 99,99 Prozent der Masse von CDG-2 aus Dunkler Materie bestehen könnten. Diese Hypothese steht im Einklang mit aktuellen Modellen, wonach Galaxien in Dunkle-Materie-Halos eingebettet sind und ihre sichtbare Struktur aus wenigen, eng gebundenen Sternansammlungen bestehen kann.

Untersucht wurde die Galaxie, indem Bilddaten aus zwei Beobachtungen des PIPER-Programms übereinandergelegt wurden, das mit dem Hubble-Teleskop den Perseushaufen untersucht. Durch die Kombination dieser Daten wurde ein extrem schwaches, aber konsistentes Leuchten sichtbar, das genau der Position der Kugelsternhaufen entspricht.

(a) Ausschnitte von CDG-2, gewonnen von Euclid (links), gestapelte und geglättete Bilder aus der PIPER-HST-Durchmusterung (Mitte), kombiniertes Farbbild von Euclid (rechts). (b) Links – Mitte rechts: Euclid-Bilder und Kombinationen. Rechts: Radialprofile des GC + Isophotenmodells (blau) und der Daten (grün). Bild: Francine Marleau

Zusätzliche Daten der Euclid-Mission zeigen eine identische Struktur. Diese unabhängige Beobachtung zweier Weltraumteleskope lieferte letztlich den Nachweis, dass CDG-2 eine Galaxie ist, wenn auch eine der lichtärmsten ihrer Art.

Die Entdeckung wirkt sich vor allem auf die Theorie der Galaxienentstehung aus: Bisher war man davon ausgegangen, dass Sterne in lockeren Verbänden entstehen und sich später zu Galaxien verdichten. CDG-2 hingegen stützt die alternative Hypothese, dass in bestimmten Fällen Sternentstehung fast ausschließlich in Kugelsternhaufen erfolgt.

CDG-2 ist eine außergewöhnliche Entdeckung, die uns klarmacht, dass das Universum noch viele solcher unsichtbaren Galaxien beherbergen könnte, die nur durch uralte Kugelsternhaufen sichtbar werden.

Quellenhinweis:

David Li, et al. (2025): Candidate Dark Galaxy-2: Validation and Analysis of an Almost Dark Galaxy in the Perseus Cluster. Astrophysical Journal Letters.