Klärung einer astrophysikalischen Debatte: Sind Galaxien mit mehr Nachbarn größer oder kleiner?
Mithilfe großer Datensätze und eines leistungsstarken Kamerateleskops haben Forscher kürzlich eine seit langem bestehende Debatte darüber gelöst, ob Galaxien, die sich umeinander gruppieren, kleiner oder größer sind. Hier finden Sie die Antwort!
Unter Astrophysikern gibt es seit langem eine Debatte über die Größe einer Galaxie und ihre Umgebung. Einige haben spekuliert, dass Galaxien in Haufen kleiner sind als isolierte Galaxien, während andere Astronomen zu dem gegenteiligen Schluss kamen. In der wissenschaftlichen Forschung gab es jedoch nur widersprüchliche Ergebnisse über die Beziehung zwischen Galaxiengröße und Umgebung.
Beilegung der Stardebatte
Eine kürzlich veröffentlichte Studie versuchte, die Debatte zu klären, da sie herausfand, dass Galaxien mit mehr Nachbarn in der Regel größer sind als andere Galaxien in weniger dichten Umgebungen, selbst wenn sie eine ähnliche Form und Masse haben.
Die Studie wurde in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht und von Forschern der University of Washington, der Yale University, der Waseda University und des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam in Deutschland verfasst.
Darin heißt es, dass Galaxien, die in dichteren Regionen des Universums zu finden sind, bis zu einem Viertel größer sind als isolierte Galaxien. Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, verwendeten die Forscher ein maschinelles Lernprogramm namens GaMPEN (Galaxy Morphology Posterior Estimation Network), um mit Hilfe des Subaru-Teleskops auf Hawaii Millionen von Galaxien zu analysieren.
Es wurden etwa 3 Millionen Galaxien mit den hochwertigsten Daten ausgewählt, aus denen der Algorithmus für maschinelles Lernen die Größe der einzelnen Galaxien ermittelte. Das Team konnte dann die Nachbargalaxien einer Galaxie anhand eines Kreises messen (ähnlich wie ein Transekt, das zur Zählung der Flora bei ökologischen Untersuchungen verwendet wird).
Es zeigte sich ein klares Muster: Galaxien mit mehr Nachbarn waren im Durchschnitt tatsächlich größer. Warum? Dicht gepackte Galaxien könnten von Anfang an größer sein oder mit nahen Nachbarn verschmelzen. Das Geheimnis könnte sogar in der dunklen Materie und ihrem schwer fassbaren Wirken liegen, denn es ist bekannt, dass Galaxien durch den Einfluss der dunklen Materie gravitativ angezogen werden.
"Theoretische Astrophysiker müssen umfassendere Studien mithilfe von Simulationen durchführen, um schlüssig festzustellen, warum Galaxien mit mehr Nachbarn tendenziell größer sind", so Ghosh. "Im Moment können wir nur sagen, dass wir zuversichtlich sind, dass diese Beziehung zwischen der Umgebung der Galaxien und ihrer Größe besteht."
Fragen zur Galaxienbildung
Dies wirft neue Überlegungen darüber auf, wie sich Galaxien im Laufe von Milliarden von Jahren gebildet und entwickelt haben. "Die derzeitigen Theorien über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien können den Befund, dass Galaxienhaufen größer sind als ihre identischen Gegenstücke in weniger dichten Regionen des Universums, nicht angemessen erklären", sagt die Hauptautorin Aritra Ghosh, Postdoktorandin und LSST-DA Catalyst Fellow.
"Das ist eines der interessantesten Dinge in der Astrophysik. Manchmal stimmen die Vorhersagen der Theorien und die tatsächlichen Ergebnisse einer Untersuchung nicht überein, sodass wir versuchen, die bestehenden Theorien zu ändern, um die Beobachtungen besser zu erklären.
Co-Autor Ghosh reflektiert: "Eine wichtige Lektion, die wir vor dieser Studie gelernt haben, ist, dass zur Klärung dieser Frage nicht nur eine große Anzahl von Galaxien untersucht werden muss."
"Man braucht auch eine sorgfältige statistische Analyse. Ein Teil davon kommt von maschinellen Lernwerkzeugen, die den Grad der Unsicherheit in unseren Messungen der Galaxieneigenschaften genau quantifizieren können."
Dies ist ein Beispiel für die komplexe Analyse großer Datensätze, wie sie in Big Data zu sehen ist, die die Astronomie Tag für Tag beschleunigt, insbesondere mit der Entwicklung neuer, leistungsstarker Kamerateleskope. Ein solches Teleskop, das man im Auge behalten sollte, ist das Vera C. Rubin-Observatorium in Chile.
Ghosh glaubt, dass die Verwendung großer Datensätze in der Astronomie zur Norm werden wird. Vielleicht wird auch der Einsatz von KI und maschinellem Lernen dazugehören.
Quellenhinweis:
Aritra Ghosh et al (2024). Denser Environments Cultivate Larger Galaxies: A Comprehensive Study beyond the Local Universe with 3 Million Hyper Suprime-Cam Galaxies. ApJ 971 142 DOI 10.3847/1538-4357/ad596f