🌌 Die Rotation von Galaxien trägt eine Spur der Bedingungen kurz nach dem Urknall

Die Art und Weise, wie sich manche Galaxien heute drehen, scheint noch immer die Spur der Bedingungen zu tragen, die kurz nach dem Urknall herrschten. Ein internationales Team hat diesen Fingerabdruck in der Ausrichtung des Gases massereicher, naher elliptischer Galaxien mit einem statistisch signifikanten Signal entdeckt. Diese Messung liefert einen direkten Test einer seit mehreren Jahrzehnten formulierten Idee zum Ursprung der Galaxienrotation.

Um dieses Ergebnis zu verstehen, muss man bis zur Geburt der Galaxien zurückgehen. Vor ihrer Entstehung war die Materie im Universum nicht gleichmäßig verteilt. Die Dichteunterschiede erzeugten ungleiche Gravitationskräfte, die sogenannten Gezeitenkräfte. Der Theorie des Gezeitenmoments zufolge verliehen diese Kräfte den künftigen Galaxien eine Rotationsbewegung, noch bevor sie ihre heutige Form annahmen.

Das Problem ist, dass Milliarden Jahre Entwicklung dieses ursprüngliche Signal anschließend verwischt haben. Die Galaxien verschmolzen, zogen Gas an und wechselwirkten mit ihrer Umgebung. Man konnte sich also fragen, ob ihre heutige Ausrichtung noch immer eine messbare Information über diese sehr alten Bedingungen bewahrt.

Die Autoren verglichen Beobachtungen naher Galaxien mit einer Rekonstruktion der ursprünglichen Materieverteilung in derselben Region des Universums. Diese Rekonstruktion aus dem Projekt ELUCID ermöglicht es, das ursprüngliche Gravitationsfeld abzuschätzen, das auf die Strukturen einwirkte, aus denen die heute beobachteten Galaxien werden sollten.

Das deutlichste Signal tritt im Gas zentraler, massereicher elliptischer Galaxien auf. Ihre Rotationsachse weist eine Richtungskorrelation mit der aus dem ursprünglichen Feld vorhergesagten Achse auf, mit einer Signifikanz von etwa 7 Sigma. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, eine solche Übereinstimmung durch eine zufällige statistische Schwankung zu erhalten, nach dem verwendeten Modell extrem gering ist.

Nicht alle Galaxien zeigen dasselbe Maß an Korrelation. Die Hauptanalyse stützt sich insbesondere auf 781 elliptische Galaxien und 815 Spiralgalaxien mit zuverlässigen Messungen der Gasrotation. Die Spiralgalaxien liefern ein schwächeres Signal, unter anderem weil ein größerer Teil zu Massenhalos gehört, in denen die Rekonstruktion weniger präzise wird.

Mit anderen Worten: Die ursprüngliche Information ist trotz der kosmischen Entwicklung nicht vollständig verschwunden. Diese Beständigkeit stärkt die Theorie des Gezeitenmoments, die die Rotation der Galaxien direkt mit den gravitativen Unregelmäßigkeiten im jungen Universum verbindet. Sie macht die Ausrichtung der Galaxien zugleich zu einer neuen nutzbaren Größe, um bestimmte kosmologische Modelle zu testen.

Die Autoren planen, diese Korrelationen unter anderem zu nutzen, um Parameter wie die Neutrinomasse einzuschränken. Dieser Ansatz erfordert jedoch noch größere Stichproben und präzisere Rekonstruktionen. Die in der Studie verwendeten Daten und mehrere Codes wurden öffentlich zugänglich gemacht, sodass die Messungen nun reproduziert und die Methode an anderen Durchmusterungen getestet werden können.