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Astronomie+Physik

Dunkle Materie ausgebremst

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Verteilung der Dunklen Materie in Abell 3827. Bei der linken Galaxie ist die Dunkle Materie leicht verschoben. (Richard Massey, ESO)
Die Dunkle Materie ist noch immer die große Unbekannte: Sie übt zwar einen Schwerkraft-Einfluss auf normale Materie aus, schien aber sonst keine Wechselwirkungen zu zeigen – bis jetzt. Denn Astronomen haben nun zum ersten Mal Indizien dafür entdeckt, dass die Dunkle Materie doch mit etwas anderem als der Gravitation interagiert. Bei der Kollision von vier fernen Galaxien hängt ein Klumpen der Dunklen Materie leicht hinter seiner Galaxie hinterher. Das könnte darauf hindeuten, dass er ausgebremst wurde – durch eine Wechselwirkung der Teilchen der Dunklen Materie untereinander.

Die Dunkle Materie macht einen Großteil der Masse in unserem Universum aus. Dennoch ist sie für uns nicht sichtbar und lässt sich nicht direkt nachweisen, weil sie weder mit Licht noch mit anderen Komponenten unseres Kosmos reagiert. Einzig über ihre Schwerkraft wechselwirkt sie mit normaler Materie – so die gängige Annahme. „Wir haben bisher gedacht, dass Dunkle Materie einfach nur rumsitzt und sich um ihre eigenen Dinge kümmert“, erklärt Erstautor Richard Massey von der Durham University in Großbritannien. Erst kürzlich schienen Beobachtungen bei der Kollision von Galaxienhaufen zudem darauf hinzudeuten, dass die Dunkle Materie nicht einmal mit sich selbst wechselwirkt. Die Anteile der Dunklen Materie in den Galaxienhaufen bewegten sich durch einander hindurch, ohne abgebremst oder anderweitig beeinflusst zu werden. Die Astronomen interpretierten dies als Indiz dafür, dass die Teilchen der Dunklen Materie auch keine Kraft aufeinander ausüben.

Überraschung in fernem Galaxienhaufen

Doch neue Beobachtungen am rund 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen Abell 3827 scheinen dem nun zu widersprechen. In diesem Haufen kollidieren gleich vier elliptische Galaxien miteinander, die hellen Kerne dieser Sternenansammlungen liegen dadurch sehr eng beieinander – eine seltene Konstellation, wie die Forscher erklären. Und noch eine Besonderheit kommt hinzu: Eine massereiche Galaxie steht von uns aus gesehen direkt vor dem Galaxiencluster und wirkt so wie eine Gravitationslinse: Ihre Schwerkraft vergrößert den fernen Cluster und ermöglicht es so, seine inneren Strukturen zu kartieren und auch indirekt auf die Verteilung der Dunklen Materie im Galaxienhaufen zu schließen. Genau dies haben Massey und seine Kollegen nun mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und spektroskopischer Messungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile getan – mit einem überraschenden Ergebnis.

Wie die Auswertung mit zwei verschiedenen Computerprogrammen ergab, liegt ein Klumpen Dunkler Materie im Galaxienhaufen nicht dort, wo man ihn erwartet hat. Stattdessen hängt er seiner Galaxie um rund 5.000 Lichtjahre hinterher, wie eine Diskrepanz zwischen Gesamtmasse und beobachtbarer „leuchtender“ Masse verrät. Genau dies jedoch gilt als ein mögliches Anzeichen dafür, dass sich die Dunkle Materie der Galaxien bei einer solchen Kollision doch nicht reibungslos durchdringt. „Wenn die Dunkle Materie eine Wechselwirkung mit sich selbst hat, die nicht gleich Null ist – selbst wenn sie nur sehr klein ist – , dann würde die in den Cluster hineinfallende Dunkle Materie hinter den alten Sternen hinterherhängen“, erklären Massey und seine Kollegen.

Wechselwirkung mit sich selbst?

Nach Ansicht der Forscher könnte ihre Beobachtung daher ein erstes Indiz dafür sein, dass die Dunkle Materie doch noch mit etwas anderem interagiert als nur der Schwerkraft. Sie interpretieren die Verzögerung als Folge einer schwachen Wechselwirkung der Teilchen der Dunklen Materie untereinander. „Dies könnte der erste dynamische Beweis dafür sein, dass die Dunkle Materie die Welt um sie herum wahrnimmt“, erklärt Massey. „Dunkle Materie ist damit vielleicht doch nicht so ‚dunkel‘.“  Noch allerdings sind weitere Untersuchungen nötig, um andere Effekte auszuschließen, die ähnliche Diskrepanzen zwischen Dunkler Materie und sichtbarer Masse verursachen könnten.

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Auch warum dieser Effekt bei der Kollision ganzer Galaxiencluster nicht auftrat oder zumindest nicht gemessen werden konnte, ist noch unklar. Die Forscher vermuten aber, dass der Faktor Zeit dafür eine Rolle spielen könnte: Die Kollision im Cluster Abell 3827 hält schon sehr lange an, möglicherweise konnte sich dadurch der winzige Effekt lange genug addieren, um messbar zu werden. Bei den Cluster-Kollisionen reichte die Zeit möglicherweise noch nicht aus, um die Dunkle Materie weit genug zurückhängen zu lassen. Kombiniert man beide Beobachtungen, könnte dies aber helfen, das Ausmaß des Effekts näher einzugrenzen. „Wir kreisen die Dunkle Materie nun von unten und von oben ein“, sagt Massey.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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