Dunkle Materie: Wie findet man eine (fast) unsichtbare Galaxie? – Spektrum der WissenschaftDirekt zum InhaltDunkle Materie: So findet man eine (fast) unsichtbare Galaxie
Nicht alle Welteninseln im schier unendlichen Kosmos verraten sich durch ihr schillerndes Sternenlicht. Dunkle Galaxien enthalten kaum leuchtende Materie. Sie entziehen sich jeglichem Blick und erfordern daher raffiniertere Suchstrategien.
In der Aufnahme des Weltraumteleskops Euclid der ESA sind bis zu 1000 Galaxien des Perseus-Galaxienhaufens zu sehen. Womöglich verstecken sich dort aber auch Dunkle Galaxien, die nahezu vollständig aus Dunkler Materie bestehen. Im Hintergrund sind mehr als 100 000 weitere Galaxien zu erkennen – manche davon so weit entfernt, dass ihr Licht zehn Milliarden Jahre benötigte, um uns zu erreichen.
Die Zahl der mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops (HST) entdeckten Galaxien geht in die Millionen und weit darüber hinaus. Allein im berühmten Hubble Ultra Deep Field tummeln sich rund 10 000 sichtbare Welteninseln. Deutlich seltener sind sogenannte Dunkle Galaxien, der Extremfall von Galaxien niedriger Flächenhelligkeit (englisch: low-surface-brightness galaxies). In ihnen dominiert die rätselhafte Dunkle Materie, die Strahlung weder reflektiert noch emittiert oder absorbiert – ihr Nachweis ist daher notorisch schwierig und nur über indirekte Methoden möglich.
Ein Team um den Astronomen David Li von der University of Toronto identifizierte nun erstmals allein anhand der Anwesenheit von Kugelsternhaufen zwölf Kandidaten für derartig ungewöhnliche Galaxien. Bei einem davon – dem Objekt »Candidate Dark Galaxy-2« (CDG-2) – liegt der Massenanteil der Dunklen Materie möglicherweise bei mehr als 99,99 Prozent. Damit zählt sie zu den am stärksten von Dunkler Materie dominierten Galaxien. Seine Ergebnisse veröffentlichte das Team bereits im Juni 2025 im Fachjournal »The Astrophysical Journal Letters«.
CDG-2 befindet sich etwa 244 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Perseus innerhalb des gleichnamigen Galaxienhaufens, einem der nächsten und reichsten seiner Art mit bis zu 1000 im Visuellen gut sichtbaren Mitgliedsgalaxien. Um deren dunkle Verwandte aufzuspüren, bedarf es jedoch einer gänzlich anderen Methode. In Archivdaten des HST suchten Li und seine Arbeitsgruppe daher gezielt nach kompakten Ansammlungen von Kugelsternhaufen – denn diese bewohnen typischerweise die äußeren Bereiche von Galaxien, den Halo.
Kosmisches Gespenst | Die Dunkle Galaxie CDG-2 ist bis auf eine diffuse Emissionsregion (gestrichelter orangener Kreis) nahezu unsichtbar und konnte lediglich über ihre Population von Kugelsternhaufen (blaue Kreise) nachgewiesen werden. Die Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops aus dem Jahr 2017, ergänzt durch Daten der europäischen Euclid-Mission, spiegelt die visuelle Erscheinung der Galaxie im Wellenlängenbereich zwischen 475 und 814 Nanometern wider. Im vergrößerten Ausschnitt (rechts) sind zudem zahlreiche Hintergrundgalaxien zu erkennen, die in keinem Zusammenhang mit CDG-2 stehen. Das Übersichtsbild (links) erstreckt sich über eine Länge von etwa 225 000 Lichtjahren.
Im Umfeld von CDG-2 entdeckten sie vier Kugelsternhaufen, die sich innerhalb eines Bereichs von nur rund 4000 Lichtjahren konzentrieren. Damit sind diese sehr wahrscheinlich gravitativ an eine gemeinsame Masse – die Dunkle Galaxie – gebunden. Die Wahrscheinlichkeit für eine zufällige Anordnung der vier Haufen im intergalaktischen Raum beziffert das Team auf nur 1 zu 67 000.
Um die zugehörige Galaxie selbst nachweisen zu können, kombinierte die Gruppe HST-Daten mit Beobachtungen der europäischen Euclid-Mission sowie des japanischen Subaru-Teleskops auf Hawaii. Tatsächlich offenbarte sich um die vier Haufen eine äußerst leuchtschwache und diffuse Emissionsregion. Die Leuchtkraft der gesamten Region mitsamt der Kugelsternhaufen schätzen Li und Co. auf etwa sechs Millionen Sonnenleuchtkräfte, bei gut zehn Millionen Sonnenmassen an sichtbarer Materie. Mindestens 16 Prozent des registrierten Lichts entfallen dabei direkt auf die vier Kugelsternhaufen; sollte es weitere, noch unentdeckte Exemplare geben, könnte dieser Anteil sogar auf bis zu 33 Prozent steigen.
Aus der Anzahl und der Gesamtmasse der Haufen schätzt das Team die Halomasse von CDG-2 auf mindestens 20 Milliarden Sonnenmassen. Im Vergleich zur nachweisbaren stellaren Masse ergibt sich daraus ein Gesamtanteil der Dunklen Materie von 99,94 Prozent, möglicherweise sogar mehr als 99,99 Prozent, sollte die Dunkle Galaxie noch weitere Kugelsternhaufen beherbergen.
Wohin die ursprünglich vorhandene sichtbare Materie verschwunden ist, bleibt noch unklar. Denkbar ist, dass gravitative Wechselwirkungen innerhalb des Perseushaufens sie der Dunklen Galaxie entrissen haben, während die dicht gepackten Kugelsternhaufen derartigen gewaltigen Ereignissen besser widerstehen konnten. Mit künftigen Weltraumobservatorien wie etwa dem Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA hofft die Gruppe um Li, entsprechende Himmelsdurchmusterungen ausweiten und weitere dieser kosmischen Geister aufspüren zu können.
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ist Astrophysiker und Redakteur für Astronomie.
Li, D. et al., The Astrophysical Journal Letters 10.3847/2041–8213/adddab, 2025
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