Dennis Lenz
Am äußeren Rand der Andromedagalaxie haben Astronomen eine Zwerggalaxie aufgespürt, in der sich bislang nur 46 einzelne Sterne erkennen lassen. Das als Andromeda XXXVI bezeichnete System zählt damit zu den lichtschwächsten Objekten seiner Art in der gesamten Lokalen Gruppe. Entdeckt wurde der uralte Begleiter nicht durch einen Algorithmus, sondern durch das geschulte Auge eines Beobachters, der Archivdaten Feld für Feld durchmusterte. Rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt liefert der Winzling einen seltenen Einblick in die Frühzeit der Galaxienbildung.
Große Spiralgalaxien wie die Milchstraße oder die benachbarte Andromedagalaxie treten im Kosmos selten allein auf. Um sie herum kreist ein Schwarm kleinerer Sternsysteme, die als Satellitengalaxien oder Zwerggalaxien bezeichnet werden. Diese Begleiter enthalten oft nur wenige Tausend bis wenige Millionen Sterne und werden von der Schwerkraft ihrer massereichen Wirtsgalaxie an sie gebunden. Kosmologen betrachten solche Zwerge als Bausteine der Galaxienentwicklung, denn aus der Verschmelzung vieler kleiner Systeme sind im frühen Kosmos die großen Galaxien von heute hervorgegangen. Besonders aufschlussreich sind die sogenannten ultra-lichtschwachen Vertreter dieser Klasse. Sie leuchten so schwach, dass sich ihre wenigen Sterne nur mit großen Teleskopen und langen Belichtungszeiten vom Hintergrund abheben. Gerade wegen dieser Unauffälligkeit gelten viele von ihnen bis heute als unentdeckt, obwohl kosmologische Modelle ihre Existenz in großer Zahl vorhersagen.
Ihre wissenschaftliche Bedeutung ziehen ultra-lichtschwache Zwerggalaxien vor allem aus zwei Eigenschaften. Zum einen sind viele von ihnen extrem alt und chemisch ursprünglich, weil sie ihre Sternbildung schon kurz nach dem Urknall weitgehend einstellten. Sie wirken dadurch wie Fossilien aus der Jugend des Universums und bewahren die Zusammensetzung jener Zeit. Zum anderen werden diese Systeme von einem hohen Anteil an Dunkler Materie zusammengehalten, deren Schwerkraft die wenigen sichtbaren Sterne überhaupt erst als Verbund bündelt. Damit werden die Zwerge zu einem empfindlichen Prüfstein für das kosmologische Standardmodell, das solche Begleiter in großer Zahl vorhersagt. Jede neu gefundene Zwerggalaxie hilft daher zu klären, ob die beobachtete Zahl der Satelliten mit den theoretischen Erwartungen übereinstimmt oder ob die Modelle nachgebessert werden müssen.
Das neu beschriebene System trägt die Bezeichnung Andromeda XXXVI und umkreist die rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernte Andromedagalaxie, die auch als M31 katalogisiert ist. In den bisher ausgewerteten Aufnahmen lassen sich lediglich 46 einzelne Sterne dieser Zwerggalaxie zweifelsfrei zuordnen, was sie zu einem der lichtschwächsten bekannten Begleiter von M31 macht. Die im Fachjournal Astronomy und Astrophysics vorgestellte Untersuchung ordnet die sichtbaren Sterne einer sehr alten und metallarmen Population zu, deren Roter Riesenast im Farben-Helligkeits-Diagramm klar hervortritt. Die Forscher schätzen das Alter des Systems auf etwa 12,5 Milliarden Jahre und seinen Gehalt an schweren Elementen auf nur einen Bruchteil des solaren Werts. Projiziert liegt Andromeda XXXVI rund 119 Kiloparsec von M31 entfernt, was einer Distanz von einigen Hunderttausend Lichtjahren entspricht und die Einstufung als echte Satellitengalaxie stützt.
Bemerkenswert ist nicht nur das Objekt selbst, sondern auch der Weg zu seiner Entdeckung. Aufgespürt wurde Andromeda XXXVI vom italienischen Amateurastronomen Giuseppe Donatiello, der Archivdaten des Pan-Andromeda Archaeological Survey systematisch mit dem Auge durchmusterte. Automatische Suchprogramme hatten die schwache Überdichte aus wenigen Sternen zwischen zwei hellen Vordergrundsternen zuvor übersehen. Erst die visuelle Kontrolle brachte den Kandidaten ans Licht, der anschließend mit dem 10,4 Meter großen Gran Telescopio Canarias auf La Palma und dessen Instrument OSIRIS+ tiefer aufgenommen und bestätigt wurde. Wie das an der Auswertung beteiligte Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam berichtet, trug diese Nachbeobachtung entscheidend zur Bestätigung des Systems bei. Der Fall zeigt, dass sorgfältige menschliche Beobachtung selbst im Zeitalter automatisierter Himmelsdurchmusterungen noch immer entscheidende Funde ermöglichen kann.
Der wahre Wert eines derart lichtschwachen Systems liegt in dem, was es über die unsichtbare Seite des Kosmos verrät. Damit ein loser Verbund aus nur 46 Sternen über Milliarden Jahre zusammenhält und nicht längst von den Gezeitenkräften der Andromedagalaxie auseinandergerissen wurde, braucht es eine erhebliche Menge verborgener Masse. Genau diese Rolle übernimmt die Dunkle Materie, die den sichtbaren Sternen ein stabiles Gravitationsgerüst gibt. Ähnliche Fälle sind auch aus der Umgebung der Milchstraße bekannt, wo eine extrem sternarme durch Dunkle Materie geschützte Zwerggalaxie trotz ihrer geringen Sternzahl über Jahrmilliarden bestehen bleibt. Andromeda XXXVI erweitert diese Stichprobe um ein weiteres Objekt und erlaubt es, die Vorhersagen des Standardmodells an einem besonders extremen Beispiel zu überprüfen.
Offen bleibt vorerst die genaue Entfernung des Systems, denn der spärlich besetzte Rote Riesenast und das Fehlen bestimmter Sterntypen erschweren eine präzise Distanzmessung. Künftige Beobachtungen mit Weltraumteleskopen sollen Alter, Entfernung und chemische Zusammensetzung schärfer eingrenzen. Zugleich stützt der Fund die Vermutung, dass die frühe kosmische Reionisation die Sternbildung in solchen Zwergen abrupt beendet haben könnte, ähnlich wie es bereits für andere Begleiter der Andromedagalaxie diskutiert wird. Für die Forschung an der Lokalen Gruppe und ihrer Population kleiner Galaxien ist jeder weitere Nachweis wertvoll. Fachleute gehen davon aus, dass Andromeda XXXVI nur die Spitze eines Eisbergs bildet und dass eine große Zahl ähnlicher, bislang übersehener Systeme darauf wartet, in den Tiefen der Himmelsdurchmusterungen entdeckt zu werden.
Astronomy und Astrophysics, Andromeda XXXVI Discovery of a new ultra-faint dwarf galaxy towards M31; doi:10.1051/0004-6361/202660151