Kosmologie

Crash im All verrät Dunkle Materie

Dunkle Materie - jener Stoff, der die fehlende Masse im Universum liefern soll - ist nicht nur für uns schwer zu fassen. Auch Astronomen haben so ihre Probleme damit; nicht nur kognitiv, sondern auch im wahrsten Sinne. Denn sie in den unendlichen Weiten zu überführen, ist alles andere als einfach. Eine kosmische Kollision kommt ihnen nun zur Hilfe.
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Bei der Kollision von zwei riesigen Galaxienhaufen entmischten sich gewöhnliche Materie (rosa) und Dunkle Materie (blau).

Bei der Kollision von zwei riesigen Galaxienhaufen entmischten sich gewöhnliche Materie (rosa) und Dunkle Materie (blau).

Eine völlig neue Materieform

Nahaufnahmen von Galaxien geben uns den Eindruck, sie alle seien übersät von Sternen und leuchtenden Nebeln. Doch der Schein trügt. Astronomen bemerkten vor rund fünfzig Jahren, dass sich ihre Dynamik nur erklären ließ, wenn erheblich mehr Materie als die leuchtende darin vorhanden ist. Oder aber ihre angewandten Theorien waren schlichtweg falsch. Da die Physiker nicht an der Richtigkeit ihrer Modelle zweifeln wollten, nahmen sie neben Sternen und heißem Gas einfach eine unsichtbare also „Dunkle“ Materie in den Galaxien an.

Erst im Lauf der Zeit wurde ihnen klar, dass es sich dabei nicht einfach um nichtleuchtende gewöhnliche Materie, sondern um eine völlig neue Materieform handeln musste. Auch Beobachtungen auf größeren Skalen, etwa von Galaxienhaufen, lieferten immer wieder Hinweise auf die Dunkle Materie – demnach ist sie sogar fünfmal häufiger im Universum als gewöhnliche Materie, dem Stoff aus dem Sterne, die Erde und auch wir aufgebaut sind.

Direkte Beweise für die mysteriöse Masse gestalten sich allerdings schwer. Denn leider verrät sich nur indirekt durch ihre Gravitationskraft – und scharrt zu allem Übel auch noch gerne gewöhnliche Materie um sich. Zum Beispiel in Galaxien wie unserer Milchstraße, die sie in einem sphärischen Halo umgeben soll. Die Durchmischung macht es schwer, sie zu überführen. Nun kam der Kosmos den Astronomen zur Hilfe: Eine gewaltige Kollision zwischen zwei Galaxienhaufen trennte die mysteriöse Dunkle Materie vom gewöhnlichen Rest.
Im Jahr 2006 entdeckten Astronomen einen ähnlichen Unfall im Universum. Da das heiße Gas (rosa) in der rechten Bildhälfte an eine Gewehrkugel erinnert, taufte man den Galaxienhaufen "Bullet-Cluster", was soviel heisst wie Geschosshaufen

Im Jahr 2006 entdeckten Astronomen einen ähnlichen Unfall im Universum. Da das heiße Gas (rosa) in der rechten Bildhälfte an eine Gewehrkugel erinnert, taufte man den Galaxienhaufen "Bullet-Cluster", was soviel heisst wie Geschosshaufen

Passiert ist dieser kosmische Unfall im rund 5,7 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen MACSJ0025.4-1222 im Sternbild Walfisch. Mit Hilfe von Bildern des Weltraumteleskops Hubble im sichtbaren Licht konnten Astronomen um Maruša Bradač von der University of California in Santa Barbara zunächst die Masseverteilung – also von beiden Materieformen – am Tatort feststellen. Möglich macht das der so genannte Gravitationslinseneffekt: Licht von entfernten Galaxien wird durch die Anziehungskraft eines davor liegenden Objekts gebeugt. Je massereicher ist es, desto stärker wird das Licht dabei abgelenkt.

Neben den optischen Daten kamen auch Röntgenaufnahmen des Satelliten Chandra zum Einsatz. Da Galaxienhaufen die gewöhnliche Materie hauptsächlich in Form von heißem Gas enthalten, das genau in diesem Spektralbereich strahlt, konnten die Wissenschaftler es relativ einfach auf den Bildern identifizieren: Es hatte sich um die Kollisionsstelle angesammelt. Während sich die beiden Haufen mit Geschwindigkeiten von Millionen Kilometern pro Stunde durchdrangen, wurde das Gasgemisch vermutlich durch Zugkräfte abgebremst. Der Hauptanteil der Masse war indes nahezu ungehindert weitergerauscht.

Genau dieses Verhalten erwarten Physiker von Dunkler Materie, da sie ausschließlich über die Gravitationskraft mit anderen Teilchen – ob aus gewöhnlicher oder ebenfalls Dunkler Materie – in Wechselwirkung tritt. Mit ihrem Fund bestätigen die Astronomen zudem einen im Jahr 2006 beobachteten Zusammenstoß mit ähnlichem Ausgang. Die räumliche Trennung von leuchtender und unsichtbarer Materie deutet in beiden Fällen auf die Existenz zweier grundlegend verschiedener Materietypen hin und ist ihrer Ansicht nach ein starker Beleg für die Existenz von Dunkler Materie. Ihre Ergebnisse veröffentlichen Bradač und ihre Kollegen im Astrophysical Journal.

Maike Pollmann ist Astrophysikerin und Wissenschaftsjournalistin in Heidelberg