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Karte der mysteriösen Masse: Erhellendes zur Dunklen Materie

Aus Baltimore berichtet Johann Grolle

Kosmologie: Karte zeigt Verteilung Dunkler Materie Fotos
NASA/ ESA

Fast ein Viertel des Universums besteht aus Dunkler Materie - doch man kann sie weder sehen noch direkt messen. Jetzt wissen Forscher, wo sich ein Teil davon befindet: Eine Karte zeigt erstmals die Verteilung der mysteriösen Masse.

Mit der Karte, die Chihway Chang voller Stolz an die Wand wirft, wird sie kaum einen Raumfahrer glücklich machen. Nur sehr ungenügend sind die Hindernisse zu erkennen, denen Reisende auf intergalaktischen Exkursionen begegnen dürften: Der Maßstab liegt bei 1:100.000.000.000.000.000.000.000.000 - eins zu 100 Quadrillionen.

Changs Karte bildet einen Teil des Kosmos ab, der am Sternenhimmel etwa die 700fache Größe des Mondes abdeckt. Entfernt erinnern die Umrisse dieser Weltenregion an Schottland, doch diese Form ist unerheblich. Wichtig sind die wabernden Gebilde in der Mitte: Die rote Kaulquappe mit dem dicken schwarzen Auge zum Beispiel steht für eine gewaltige Ansammlung von Masse, der gespensterhaft schwebende blaue Fleck weiter unten stellt ein Gebiet kosmischer Leere dar.

Es ist die bisher größte zusammenhängende Karte der sogenannten Dunklen Materie. Erstmals lässt sich damit in größerem Detail studieren, wie diese für menschliche Augen unsichtbare Substanz im Kosmos verteilt ist. Die Physikerin Chang von der ETH Zürich präsentierte sie jetzt auf der Konferenz der American Physical Society in Baltimore - eine wissenschaftliche Sensation.

Auf den Spuren der Dunklen Energie

Anfangs allerdings galt Changs Interesse gar nicht der Dunklen Materie, sondern einem anderen, noch rätselhafteren Dunkelstoff: Chang gehört dem "Dark Energy Survey" (DES) an, einer internationalen Wissenschaftler-Kollaboration, die sich vorgenommen hat, das Rätsel der sogenannten Dunklen Energie zu entschlüsseln.

Erst Ende der Neunzigerjahre spürten die Physiker diese mysteriöse Form von Energie auf - eine Entdeckung, die so überraschend und so spektakulär war, dass sie 2011 mit dem Nobelpreis geehrt wurde. Noch ist völlig unklar, woraus die Dunkle Energie besteht. Sicher ist nur, dass sie wie eine Art Treibmittel wirkt, das den Raum aufbläht und auf diese Weise die Expansion des Universums beschleunigt. Die Dunkle Energie macht 73 Prozent der Gesamtmasse des Alls aus, auf die Dunkle Materie entfallen etwa 23 Prozent, während die gewöhnliche Materie nur auf vier Prozent kommt.

Das gesamte Weltengefüge ist demnach vom Duell zweier rivalisierender Mächte bestimmt: Während die anziehende Schwerkraft alle Massen zu vereinen sucht, treibt die Dunkle Energie sie mit Wucht auseinander. Nur indem sie diesen Widerstreit genau studieren, glauben die DES-Forscher die Dunkle Energie verstehen zu können. Das aber ist nur möglich, wenn es ihnen gelingt, großräumig die Verteilung der Materie im Universum zu erfassen.

Schwerkraft verzerrt Sternenlicht

Zu diesem Zweck beschlossen die DES-Astronomen, das Firmament so gründlich wie nur möglich zu durchmustern. Mit Hilfe eines Vier-Meter-Teleskops in den chilenischen Anden und einer extrem leistungsfähigen Digitalkamera wollen sie Abermillionen Galaxien am Südhimmel kartieren.

Im September 2012 begannen die Forscher ihr großes Projekt. Und schon jetzt, nur zweieinhalb Jahre später, zeigt sich, dass ihnen gleichsam am Wegesrand allerlei erstaunliche Entdeckungen begegnen. So spürten sie zum Beispiel in den Fernen des Alls Super-Supernovae auf, die aus unbekanntem Grund 50fach heller leuchten als die ohnehin schon extrem leuchtstarken anderen Sternexplosionen. In der Umgebung der Milchstraße wiederum stießen sie auf knapp ein Dutzend galaktische Zwerge, die so schwach leuchten, dass sie den Astronomen bisher entgangen waren.

Auch Changs kosmische Karte ist ein Begleitprodukt des "Dark Energy Surveys". Denn um die Verteilung der Galaxien in den Tiefen des Raums zu vermessen, müssen die DES-Forscher berücksichtigen, dass das Sternenlicht auf seinem Weg zur Erde manchmal seine Richtung geringfügig ändert. Sehr große Ansammlungen von Masse sind nämlich fähig, die Bahn des Lichts abzulenken. Dieser sogenannte Gravitationslinsen-Effekt verzerrt das Bild vieler Galaxien.

Kosmos im Computertomografen

Aus der Art dieser Verzerrung kann Chang nun rückschließen auf die Verteilung der Massen, die unterwegs auf das Licht eingewirkt haben: Ähnlich wie Ärzte das Innere des Körpers mit Röntgenlicht im Computertomografen sichtbar machen, nutzte Chang das Sternenlicht ferner Galaxien, um eine ganze Weltenregion zu durchleuchten und so eine Art Tomografenbild von ihr zu erstellen.

Nun wissen die Astronomen aber inzwischen, dass der größte Teil des Universums weder aus Galaxien, noch aus Gas- oder Staubwolken besteht, sondern aus Schwaden der unsichtbaren Dunklen Materie. Das Tomografenbild wird folglich nicht die sichtbaren Sterne oder Galaxien zeigen, es wird vielmehr bestimmt sein von der Verteilung der Dunklen Materie: Changs kosmische Tomografie macht mithin sichtbar, was weder menschliche Augen noch Teleskope wahrnehmen können.

Für Changs Kollegen von der DES-Kollaboration allerdings ist die schöne blau-rote Karte nur ein kleiner Schritt auf dem Weg zu ihrem wirklichen Ziel: dem Verständnis der Dunklen Energie. Und auch Chang selbst beeilt sich zu versichern, dass ihre Arbeit bisher noch als vorläufig zu betrachten sei: Noch deckt die Karte weniger als ein Prozent des gesamten Firmaments ab. Bis zum Ende des Projekts in drei Jahren soll ein Viertel des gesamten Südhimmels kartiert sein.

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1.
der.tommy 14.04.2015
Bemerkenswert diese Übereinstimmung der Ansammlung gewöhnlicher Materie in Bereichen dunkler Materie. Stellt sich nur die Frage, wie der kausale Zusammenhang zu verstehen ist. Sammelt sich die Materie an Orten höher konzentration dunkler Materie (war letztere also "vorher" da) oder ist es genau andersrum oder verteilen sich beide im gleichen Maße aufgrund der anfangsbedingungen beim urknall?
2.
schwerpunkt 14.04.2015
"Erst Ende der Neunzigerjahre spürten die Physiker diese mysteriöse Form von Energie auf - eine Entdeckung, die so überraschend und so spektakulär war, dass sie 2011 mit dem Nobelpreis geehrt wurde. Noch ist völlig unklar, woraus die Dunkle Energie besteht." Das ist etwas unglücklich formuliert, da die dunkle Energie ja nicht aufgespürt bzw. entdeckt wurde. Es wurden Phänomene beobachtet, welche darauf schließen lassen, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt. Die Ursache ist noch völlig unbekannt. Und solange sie unbekannt ist, hat man den begriff "dunkle Energie" quasi als Platzhalter für die unbekannte Ursache des Phänomens verwendet. (So ähnlich wie UFO für "unbekanntes Flugobjekt". Sobald man weiss um welches Flugobjekt es sich handelt, das man da sieht (Flugzeug, Ballon, Vogel), kann man es bennen und es ist kein UFO mehr. Ein außerdisches Raumschiff wird es nur in den Köpfen mancher Menschen) Insofern kann die dunkle Energie auch nicht "aus etwas bestehen" (so wenig wie die Gravitation aus etwas besteht), sondern hat eine Ursache, welche noch unbekannt ist. Sollte sich die dunkle Energie als eine Art 5te Grundkraft herausstellen, hätte sie einen grundlegenden Unterschied zu den anderen 4 Grundkräften, da sie sich mit der zeit in ihrer Stärke verändert.
3. Nur zur Erinnerung...
gerhard5260 14.04.2015
Es gibt bis heute nicht einen einzigen hieb- und stichfesten Beweis, dass dunkle Materie und dunkle Energie überhaupt existieren...
4.
BlackSky003 14.04.2015
Sie Wohnen auch noch in einen Holzverschlag, ohne Elektrizität und jagen immernoch Hexen mit der Heugabel? Ohne Forschung, die in egal welche Richtung geht, bleiben wir rückständig (und es ist traurig wie rückständig manche denken). Das Forschung Schwachsinn ist haben früher schon andere gesagt, die meinten auch das es wichtigeres gäbe. Kirchen z.B. würden wir noch auf die hören, wären wir immernoch der Mittelpunkt unsers Sonnensystems und alles würde sich um uns drehen
5. @schwerpunkt
der.tommy 14.04.2015
Sie wäre wohl eher mit der starken WW zu vergleichen (hinsichtlich ihrer möglichen Abhängigkeit vom Abstand), nur dass diese Kraft abstoßend wirkt je weiter Massen voneinander entfernt sind.
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