Trabanten der Andromedagalaxie geben Rätsel auf

Die Andromedagalaxie ist eine der nächsten Nachbargalaxien unserer Milchstraße. Wie diese ist sie von einem ganzen „Hofstaat“ an kleineren Zwerggalaxien umgeben. Doch die Verteilung dieser Andromeda-Begleiter gibt Astronomen Rätsel auf. Denn von den 37 Zwerggalaxien unseres Nachbars tummeln sich fast 80 Prozent auf nur einer Seite der Andromedagalaxie. Diese starke Asymmetrie findet sich im Universum nur in 0,3 Prozent aller vergleichbaren Galaxiensysteme, wie die Astronomen feststellten. Zudem ist die einseitige Konfiguration durch Simulationen gängiger Galaxieninteraktionen und Galaxienentwicklungen nicht replizierbar. Wie und warum die Zwerggalaxien der Andromedagalaxie so ungleich verteilt sind, ist daher noch unklar. In jedem Fall macht sie unseren galaktischen Nachbarn zu einem kosmologischen Ausreißer.

Die Andromedagalaxie M31 liegt nur rund 2,5 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Am Nachthimmel ist sie schon mit bloßem Auge als schwacher, verwaschener Lichtfleck zu erkennen. Die Andromedagalaxie hat eine vergleichbare Masse wie unsere Milchstraße, ist ebenfalls eine Spiralgalaxie und hat eine ähnlich bewegte Geschichte von Kollisionen und Verschmelzungen hinter sich. Eine weitere Gemeinsamkeit sind die zahlreichen Zwerggalaxien, die die beiden größeren Galaxien umkreisen. Dem kosmologischen Standardmodell zufolge sind sie die Überreste von früheren Verschmelzungen, durch die Galaxien heranwachsen. Typischerweise müssten die zwergenhaften Trabanten ihre massereicheren Wirtsgalaxien dabei in einer fast zufälligen Anordnung umkreisen.

Asymmetrisch verteilte Zwerggalaxien

Doch bei der Andromedagalaxie ist dies nicht der Fall: „Die um unsere Nachbargalaxie Andromeda beobachteten Zwerggalaxien widersprechen dieser Erwartung, denn sie sind hochgradig schief angeordnet“, erklären Kosuke Jamie Kanehisa vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und seine Kollegen. Anstatt zufällig um ihre Wirtsgalaxie herum verteilt zu sein, konzentriert sich der Großteil dieser Zwerggalaxien auf einer Seite der Andromedagalaxie. Um diese seltsame Asymmetrie genauer zu untersuchen, haben Kanehisa und seine Kollegen einen neuen Datensatz zu den Positionen und Entfernungen von 37 Trabantengalaxien von Andromeda genauer analysiert. Diese ergab: Mit nur einer Ausnahme liegen alle Andromeda-Satelliten innerhalb eines 107-Grad-Kegels, der auf die Milchstraße zeigt – eine Region, die nur 64 Prozent der Umgebung der Wirtsgalaxie abdeckt. Noch ungewöhnlicher ist die Tatsache, dass die Hälfte dieser Satellitengalaxien Andromeda auf derselben Ebene umkreist – ähnlich Planeten die Sonne. Die Koexistenz einer solchen Ebene von Satellitengalaxien und einer schiefen Satellitenverteilung ist im kosmologischen Standardmodell äußerst ungewöhnlich, wie das Team erklärt.

Dies wirft die Frage auf, ob Andromedas Zwerggalaxien eine Anomalie sind oder ob unser Verständnis der Galaxienbildung auf kleinen Skalen möglicherweise unvollständig ist. Auf der Suche nach einer Antwort nutzten Kanehisa und seine Kollegen Simulationen der Galaxienentwicklung, um mögliche Ursachen und die Häufigkeit solcher asymmetrischen Zwerggalaxienverteilungen zu ermitteln. „Mithilfe von zwei bekannten Simulationen haben wir nach Andromeda-ähnlichen Wirtsgalaxien gesucht und die räumliche Verteilung ihrer Zwergsatelliten mit Hilfe spezieller Metriken zur Quantifizierung der Asymmetrie analysiert“, erklärt Co-Autor Marcel Pawlowski vom AIP. Dies ergab, dass eine so asymmetrische Verteilung von Zwerggalaxien selbst bei ähnlichen Galaxienpaaren wie Andromeda und Milchstraße kaum reproduzierbar ist. „Wir müssen mehr als dreihundert simulierte Systeme betrachten, um nur eines zu finden, das in seiner Asymmetrie ähnlich extrem ist wie das beobachtete“, berichtet Pawlowski. Das macht Andromeda zu einem extremen Ausreißer, der den kosmologischen Erwartungen widerspricht. „Unsere Analysen zeigen, dass ein solches Muster in aktuellen kosmologischen Simulationen extrem selten ist“, sagt Kanehisa.

Ursache ungeklärt

Warum die Andromedagalaxie im kosmischen Vergleich so ungewöhnlich ist, ist derzeit noch ungeklärt. „Die Entstehung dieser anisotropen Struktur um M31 stellt ein Rätsel dar, das angesichts seiner Seltenheit unter den simulierten Analogien eine einzigartige evolutive Geschichte zu seiner Erklärung erfordert“, schrieben die Astronomen. Eine mögliche Erklärung wäre, dass die Andromedagalaxie vor nach astronomischen Maßstäben kurzer Zeit eine ganze Ansammlung dieser Zwerggalaxien auf einmal akquiriert und an sich gebunden hat. Denkbar wäre aber auch, dass der Schwerkrafteinfluss der nahen Milchstraße eine Rolle spielt – auch wenn dies in den Simulationen schon berücksichtigt wurde. „Zurzeit kann kein bekannter Bildungsmechanismus die kollektive Asymmetrie des Andromedasystems erklären“, konstatieren Kanehisa und seine Kollegen. Sie hoffen aber, durch die weitere Suche nach Galaxien mit ähnlich asymmetrischer Zwerggalaxienverteilung mehr Aufschluss über die Ursachen dieser Konfiguration zu erhalten. Bemühungen, entfernte Systeme zu untersuchen und nach vergleichbaren Strukturen zu suchen, sind bereits im Gange und Durchmusterungen der nächsten Generation wie Euclid werden diese Suche beschleunigen.

Quelle: Kosuke Jamie Kanehisa (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-025-02480-3

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar